Une étude sur les réseaux cérébraux canins révèle qu’au cours de l’évolution du cerveau des mammifères, le rôle du cortex cingulaire, une structure bilatérale située profondément dans le cortex cérébral, a été en partie pris en charge par les lobes frontaux latéraux, qui contrôlent la résolution de problèmes, la commutation de tâches, et un comportement orienté vers un but. L’étude s’appuie sur un nouvel atlas cérébral IRMf à l’état de repos canin, qui peut aider à l’analyse des maladies caractérisées par une intégration et une communication dysfonctionnelles entre les zones cérébrales.
Les chercheurs intéressés par la façon dont les chiens pensent peuvent non seulement le déduire de leur comportement, mais ils peuvent également étudier leur activité cérébrale en utilisant l’IRMf (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle) pour identifier et voir quelles zones du cerveau sont actives lorsque le chien réagit à des stimuli externes. La méthode identifie les mécanismes cérébraux qui influencent l’apprentissage et la mémoire du chien, résultant en des méthodes de dressage canin supérieures ainsi que des connaissances sur les étapes évolutives qui ont conduit au développement de la fonction cérébrale humaine.
Le Département d’éthologie de l’Université Eötvös Loránd (ELTE) est à l’avant-garde du développement de la méthodologie pour les mesures d’IRMf canine depuis 2006. La méthodologie de formation pour les chiens de compagnie a été développée par Márta Gácsi, qui a également apporté une contribution significative à l’introduction de l’assistance éducation canine en Hongrie. Elle a adopté de nombreuses méthodes à partir de là, les complétant par une formation à motivation sociale basée sur des principes de formation rivaux découverts grâce à la recherche éthologique.
« Dans cette approche, l’apprenant est fortement motivé pour apprendre la tâche en observant le travail d’un chien déjà dressé et en désirant les éloges reçus pour celui-ci. Grâce à la formation IRMf, le chien dressé est capable (et désireux de !) rester immobile dans le scanner IRM pendant huit minutes, en échange des caresses et des friandises attendues. »
Ces dernières années, l’IRMf canine a généralement consisté à faire entendre des sons aux animaux et à rechercher quelles zones cérébrales sont activées lors du traitement cérébral des sons.
Les signaux d’activité cérébrale sont généralement projetés sur un atlas anatomique pour déterminer quelle région du cerveau est affectée.
Cependant, le problème est que les activités fonctionnelles sont irrégulières, ne suivant pas nécessairement des limites régulières anatomiquement définies. Certaines parties du cerveau sont généralement impliquées dans le traitement d’entrées spécifiques ensemble, c’est-à-dire qu’elles agissent en synchronie, formant un réseau cérébral fonctionnel. « Nous avons décidé de créer un atlas du cerveau du chien qui organise les régions anatomiques en réseaux fonctionnels, illustrant quelles régions appartiennent à un type de tâche et présentant leurs emplacements », a déclaré Dora Szabo, première auteure de l’étude publiée dans Structure et fonction du cerveau.
Nouvel atlas pour les chercheurs sur le cerveau canin
Pour créer l’atlas fonctionnel du cerveau, 33 chiens de famille entraînés ont été inclus dans l’étude. Pendant l’enregistrement IRMf, les chiens n’ont reçu aucune autre tâche que de rester immobiles dans le scanner. C’est ce qu’on appelle l’IRMf à l’état de repos, ou IRMf-rs en abrégé, qui examine l’activité cérébrale sans que le sujet s’engage dans une tâche spécifique, sans se concentrer ni penser à quoi que ce soit en particulier, dans un « état de repos ». Les données obtenues de cette manière peuvent révéler quelles zones cérébrales sont fonctionnellement liées les unes aux autres et lesquelles sont les plus étroitement liées, permettant aux chercheurs d’étudier les réseaux et les connexions cérébrales.
La méthodologie originale a été encore améliorée en appliquant la théorie des réseaux avec l’aide de Milan Janosov, spécialiste des réseaux et des données à l’Université d’Europe centrale. Alors que les recherches précédentes ne pouvaient décrire que des réseaux basés sur des modèles indépendamment des limites anatomiques, de nouveaux atlas cérébraux IRM canins reflétant les régions anatomiques à la résolution requise ont permis aux chercheurs d’étudier la force des connexions entre les membres du réseau ou entre les réseaux, ainsi que de comparer les espèces en raison de le grand nombre de chiens mesurés.
Des cerveaux dominés par différentes zones chez les chiens et les humains
Selon l’étude, les réseaux du lobe frontal latéral (frontopariétal) qui contrôlent la résolution de problèmes, le changement de tâche et le comportement axé sur les objectifs jouent un rôle moins important chez les chiens que chez les humains. A leur place, le cortex cingulaire, une structure bilatérale située profondément dans le cortex cérébral, joue un rôle central. Il est impliqué dans un certain nombre de processus vitaux ainsi que dans le traitement des récompenses et la régulation des émotions. Le cortex cingulaire chez le chien est proportionnellement plus grand que chez l’homme.
Les effets du vieillissement
Les chercheurs ont mesuré des chiens de différents âges, le plus âgé ayant 14 ans. Comme mentionné précédemment, les chiens doivent rester immobiles pour obtenir des mesures valides.
« Les données ont révélé que les chiens plus âgés étaient légèrement moins capables de maintenir leur position initiale. Cette différence était cependant très faible, car même dans leur cas, le déplacement de la tête était inférieur à 0,4 mm. Dans cet aspect, ils sont similaires aux humains, car les personnes âgées ont également plus de mal à rester immobiles pendant de longues périodes par rapport aux personnes plus jeunes », a déclaré Eniko Kubinyi, chercheuse principale qui étudie le vieillissement cognitif chez les chiens.
L’étude donne un aperçu de l’évolution du cerveau humain, suggérant qu’au cours de l’évolution du cerveau des mammifères, le rôle du cortex cingulaire a été en partie repris par les régions frontopariétales. De plus, le nouvel atlas cérébral rs-fMRI peut aider à l’étude des conditions dans lesquelles l’intégration et la communication entre les zones du cerveau sont altérées, entraînant une division dysfonctionnelle des tâches. Le vieillissement, l’anxiété et les troubles psychiatriques sont quelques exemples de ces conditions.
Plus d’information:
Dóra Szabó et al, Les nœuds centraux des réseaux cérébraux fonctionnels canins sont concentrés dans le gyrus cingulaire, Structure et fonction du cerveau (2023). DOI : 10.1007/s00429-023-02625-y