De l’apprentissage à l’action : la dopamine révèle nos apprentissages cachés

Apprentissage et motivation, le double rôle de la dopamine.

Imaginez que vous grimper pour la première fois sur un pommier par hasard ou par curiosité, et que vous y trouvez une pomme délicieuse. Votre cerveau associe alors l’action de grimper à une récompense, la pomme.  La dopamine joue un rôle essentiel dans ce processus d’apprentissage, en signalant la récompense obtenue, ce qui contribue à forger des habitudes. Pourtant, même après avoir appris cette association, vous ne grimperez pas systématiquement sur le pommier. Cette action n’aura lieu que si vous êtes suffisamment motivé, par exemple par la faim, l’envie de jouer ou de montrer sa découverte. 

Les attracteurs latents : un mécanisme caché dans notre cerveau.

Dans un article publié dans Nature Communications, les scientifiques proposent une nouvelle théorie sur la dopamine, basée sur le concept d’attracteurs latents.

Dans cette théorie, la dopamine ne se contente pas de signaler une récompense pour renforcer un comportement. Elle joue également un rôle en activant des "attracteurs latents". Ces attracteurs sont comme des "plans cachés" dans le cerveau, prêts à être utilisés lorsque les conditions sont réunies (par exemple, la faim ou la curiosité).

En d'autres termes, ces attracteurs latents représentent des états stables dans le cerveau, liés à des expériences passées qui ont été récompensées. La dopamine agit comme un déclencheur, transformant ces attracteurs latents en attracteurs effectifs, qui activent le comportement et orientent nos actions vers l’objectif (par exemple, grimper à l’arbre pour attraper une pomme).

De l’apprentissage à l’action, la dopamine révèle nos apprentissages cachés.

Pour confirmer cette théorie, les chercheurs ont utilisé une technique appelée optogénétique, qui permet de contrôler l’activité des neurones à l’aide de la lumière.  En stimulant artificiellement les neurones à dopamine chez des souris, les scientifiques ont montré que la dopamine pouvait « réveiller » des apprentissages cachés. Dans un environnement où les souris avaient appris qu’un emplacement spécifique était associé à une récompense, la stimulation de la dopamine les attirait directement vers cet endroit, même si elles se trouvaient loin. En revanche, dans un environnement où aucun endroit n’était associé à une récompense, la stimulation n’avait aucun effet, confirmant l’absence d’attracteurs latents.

Cette étude montre que la fonction de la dopamine n’est pas seulement de renforcer les habitudes. Elle permet également d’activer des souvenirs d’expériences passées, en fonction de notre motivation et des opportunités présentes.

Ces « attracteurs latents » forment autant de plans neuronaux prêts à être utilisés dès que l’état interne (la motivation) et l’environnement s’y prêtent. En éclairant ce mécanisme, cette découverte ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre comment le cerveau passe de la connaissance à l’action et pourrait avoir des implications dans les domaines de la motivation, de l’apprentissage et des troubles liés au système dopaminergique, comme la dépression ou les addictions.

Figure : Haut. schéma de la dynamique des attracteurs dans le modèle. Le point orange est le but de l’animal, il se déplace dans un paysage d’énergie potentielle dont le minimum (attracteur) participe à déterminer la position du but dans l’environnement. Le point noir est le comportement de l’animal, qui suit son but. L’effet de renforcement de la dopamine est de construire un attracteur latent, son effet motivationel est de le révéler. Bas. test expérimental de la théorie. La stimulation optogénétique des neurones dopaminergiques augmente la propension des animaux à visiter un point central préalablement récompense (bleu) mais n’a pas d’effet moteur dans un contexte sans récompense (rouge).

En savoir plus : Naudé, J., Sarazin, M.X.B., Mondoloni, S. et al. Dopamine builds and reveals reward-associated latent behavioral attractors. Nat Commun 15, 9825 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-53976-x