3- Diversité des systèmes de récompense (Sujet 13241)
Auteurs : S.Beaudin et S.Lecoq
INTRODUCTION :
Dans le cerveau, un ensemble d’aires -appelé circuit de la récompense ou système de récompense- associe certains stimuli à une sensation agréable. La réception d'une récompense se traduit au niveau physiologique par la libération de dopamine. Il conduit à la mémorisation du stimulus et l'individu est ainsi amené à répéter le comportement qui lui permet de se procurer la récompense.
On distingue des récompenses primaires, innées, en lien avec des besoins biologiques (exemple : odeur agréable, goût agréable, images érotiques…) et des récompenses secondaires, plus abstraites, apprises, apparues plus récemment au cours de l’évolution (exemple : gain d’argent, reconnaissance sociale).
Les images fonctionnelles de la série IRMsujet13241fonctionRecompense permettent de montrer, par superposition à l’image anatomique correspondante (IRMsujet13241anatRecompense) et entre elles, que le système de la récompense est constitué de régions traitant indifféremment les récompenses, sans tenir compte de leur nature, mais aussi de régions davantage activées par certains types de récompense.
- Image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle
- Image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_conjonctionargentETerotique
- Image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupArgent
- Image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_ArgentSupErotique
- Exploitation pédagogique des superpositions de plusieurs calques fonctionnels
Origine des images
Image anatomique :
Rorden Chris, Associate Professor, University of South Carolina, Columbia SC 29208, USA Visiting Professor, Medical University of South Carolina, Charleston SC 29425, USA.
http://www.sph.sc.edu/comd/rorden/
Images fonctionnelles :
G.Sescousse, J.Redouté, JC.Dreher, groupe récompense et prise de décision, CNRS, UMR 5229, 69675 BRON, France, http://www.isc.cnrs.fr/dre/index.html
G.Sescousse, PhD Post-doctoral fellow, Donders Institute for Brain, Cognition and Behaviour Centre for Cognitive Neuroimaging, Nijmegen, The Netherlands
Publication de référence
Sescousse et al, 2010 ; The architecture of reward value coding in the human orbitofrontal cortex. J.Neurosci 30 (39) : 13095-104
Paradigme de construction des images fonctionnelles
- Les participants :
- Les femmes ont été exclues pour deux raisons : d'une part ces dernières sont moins sensibles que les hommes aux stimuli visuels de nature sexuelle et d'autre part afin d'éviter l'influence potentielle du cycle menstruel sur le processus de récompense.
- Deux sujets ont été écartés de cette expérience car ils ne présentaient pas une libido suffisamment importante.
- Deux autres sujets ont également été exclus car ils présentaient des symptômes dépressifs.
Au final, les données expérimentales obtenues concernent donc 18 jeunes hommes volontaires, droitiers, hétérosexuels, sans atteintes neurologiques ni troubles psychiatriques, présentant une libido normale.
- Le protocole expérimental est résumé dans le schéma ci après. (cliquer ici pour télécharger le document au format .pdf)
Les images obtenues par IRMf pendant la phase 
ont ensuite subi différents traitements : réalignement, construction d’une image moyenne lors de la réception d’une récompense ou dans la situation de contrôle.
- Modalité de construction des images fonctionnelles
Le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle est une image de différence statistique permettant de visualiser les aires cérébrales davantage activées par une récompense de type érotique par rapport à la situation de controle.
Le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_conjonctionargentETerotique est obtenu en sélectionnant les zones cérébrales qui correspondent à l'intersection de deux conditions (A inter B) :
A = être activée davantage lors d'une récompense de type érotique que dans la situation contrôle
B = être activée davantage lors d'une récompense de type monétaire que dans la situation contrôle :
Le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupArgent est une image de différence statistique permettant de visualiser les aires cérébrales davantage activées par une récompense de type érotique que par une récompense de type monétaire.
Le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ArgentSupErotique est une image de différence statistique permettant de visualiser les aires cérébrales davantage activées par une récompense de type monétaire que par une récompense de type érotique.
Les quatre images fonctionnelles IRMsujet13241fonctionRecompense sont à superposer à l’image anatomique correspondante (IRMsujet13241anatRecompense) et à superposer entre elles selon les modalités définies ci-après.
- Seuils de visualisation des images fonctionnelles sous EduAnatomist
Les seuils de visualisation des images fonctionnelles sous EduAnatomist sont les suivants :
- Calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle, seuil inférieur à 36 et seuil supérieur à 100;
- Calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_conjonctionargentETerotique, Seuil inférieur à 43 et Seuil supérieur à 100;
- Calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupArgent, Seuil inférieur à 41 et Seuil supérieur à 100;
- Calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ArgentSupErotique, Seuil inférieur à 62 et Seuil supérieur à 100.
Exploitation pédagogique des images fonctionnelles
Mise en garde :
Les captures d'écran proposées dans le cadre des productions attendues reflètent le plus fidèlement possible les images de la publication de référence, mais ne permettent en aucun cas de visualiser sur le même plan de coupe ( objet en 2D ) l'ensemble des aires cérébrales qui sont significativement les plus activées lors de la stimulation.
Afin que le support pédagogique proposé ne constitue pas un obstacle didactique, il convient de faire prendre conscience aux élèves que le cerveau est une structure à explorer en trois dimension; aucune coupe ne passant par l'ensemble des zones les plus activées lors de la stimulation.
La superposition de l’image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle et de l’image anatomique correspondante, IRMsujet13241anatRecompense, permet d’identifier les aires cérébrales du circuit de récompense davantage activées lorsque le sujet reçoit une récompense de type érotique, par rapport à la situation de contrôle.
Voici les résultats obtenus sous Eduanatomist :
L’intérêt majeur de cette image est de déconstruire la représentation initiale qui consiste à penser que le cerveau est une mosaïque de régions, chacune spécialisée dans une fonction donnée. Au contraire, cette image permet de construire la notion de circuit puisqu’elle montre qu’une fonction biologique nécessite l’activation de plusieurs aires cérébrales interconnectées. Ici il s’agit de différentes zones du circuit de la récompense.
Pour aller plus loin, nous vous recommandons la lecture des pages 75 à 78 de l’ouvrage « Cerveau, sexe et pouvoir », Catherine Vidal et Dorothée Benoit-Browaeys, Edition Belin, Collection Regards.
Cette image permet également aux élèves de comprendre facilement voire de proposer le protocole permettant de la construire.
Cependant, l'image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle présente des limites. Ce calque fonctionnel ne permet en aucun cas conclure que les zones activées traitent spécifiquement les récompenses de type érotique. En effet, on visualise à la fois les aires cérébrales traitant spécifiquement les récompenses de type érotique et les aires cérébrales traitant indifféremment tous types de récompenses quelle qu'en soit la nature (= nommées par extrapolation "voies communes du système de récompense"), sans pouvoir les différencier.
Ainsi, en toute rigueur, pour démontrer qu'une aire cérébrale (que l'on notera A) intervient spécifiquement dans le traitement des récompenses de type érotique, il faudrait que cette aire cérébrale A remplisse les trois conditions suivantes :
- l'activité de l'aire cérébrale A doit être significativement plus importante lorsque le sujet reçoit une récompense de type érotique par rapport à la situation de contrôle.
- l'activité de l'aire cérébrale A doit être significativement plus importante lorsque le sujet reçoit une récompense de type érotique que dans le cas ou le sujet reçoit un autre type de récompense (en l'occurrence une récompense de type monétaire dans les travaux de Dreher)
- l'activité de l'aire cérébrale A ne doit pas être significativement plus importante lorsque le sujet reçoit une récompense de type monétaire par rapport à la situation de contrôle.
Le calque fonctionnel correspondant à ces trois conditions n’est pas disponible.
De plus, la superposition de l'image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupControle avec les autres calques fonctionnels proposés dans la banque NeuroPeda n’aurait aucune signification biologique compte tenu des traitements mathématiques appliqués pour obtenir ces IRMf.
La superposition de l’image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_conjonctionargentETerotique et de l’image anatomique correspondante, IRMsujet13241anatRecompense, permet d’identifier les zones du circuit de la récompense traitant indifféremment tous les types de récompenses quelle qu'en soit la nature. Par extrapolation on peut dire qu'il s'agit des voies communes du système de récompense.
Voici les résultats obtenus sous EduAnatomist :
On retrouve des zones du système de récompense classiquement citées dans la bibliographie, à savoir : le striatum ventral qui comporte le noyau accumbens, une zone du mésenphale, la partie antérieure de l’insula, le cortex cingulaire antérieur.
Remarque : La zone du mésencéphale activée correspond probablement aux neurones dopaminergiques de l'aire tegmentale ventrale (ATV). Cependant, l'IRMf ne permet pas de mesurer une libération de dopamine.
La publication de l’équipe de J-C Dreher et coll. signale également l’implication du cortex cingulaire postérieur, du gyrus frontal moyen, du gyrus frontal supérieur, du gyrus supérieur frontal / précentral, du thalamus, du lobule pariétal supérieur, du gyrus occipital moyen, du cervelet.
La superposition de l’image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupArgent et de l’image anatomique correspondante, IRMsujet13241anatRecompense, permet de visualiser les structures davantage activées par les récompenses érotiques.
Voici les résultats obtenus sous Eduanatomist :
L’équipe de J-C Dreher et coll. focalise son attention sur la partie postérieure du cortex orbitofrontal latéral, la partie médiane du cortex orbitofrontal et une structure sous-corticale, l’amygdale.
Les chercheurs signalent également l’implication du gyrus frontal supérieur, du gyrus frontal inférieur, du gyrus temporal supérieur, du gyrus précentral, du gyrus parahippocampique, du gyrus temporal moyen / occipital moyen, du gyrus fusiforme (encore appelé gyrus temporal latéral), du cuneus / gyrus occipital supérieur, du gyrus lingual.
La superposition de l’image fonctionnelle IRMsujet13241fonctionRecompense_ArgentSupErotique à l’image anatomique correspondante IRMsujet13241anatRecompense permet de localiser des aires cérébrales du circuit de la récompense davantage activées par des récompenses de type monétaire que par des récompenses de type érotique.
Pour affirmer qu'une région cérébrale est "spécifique" d'une récompense monétaire, il faut au moins montrer que dans cette région l'activité cérébrale engendrée par la récompense monétaire est significativement plus importante que celle engendrée par la récompense érotique, ce que capture effectivement le contraste ArgentSupErotique.
Voici les résultats obtenus sous Eduanatomist :
Lors de l’interprétation des résultats, l’équipe de J-C Dreher et coll. focalise son attention sur le cortex orbitofrontal antérieur.
Les chercheurs signalent également l’implication du gyrus frontal moyen, du lobule pariétal inférieur, du précunéus, du gyrus frontal supérieur.
On peut superposer 3 images suivantes :
- l’image anatomique IRMsujet13241anatRecompense
- le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ArgentSupErotique
- le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupArgent.
Comme les travaux de l'équipe J-C Dreher et coll., nous avons focalisé notre attention sur la partie antérieure du cerveau.
Voici les résultats obtenus sous Eduanatomist :
Ces images permettent de montrer de montrer la dissociation entre les aires cérébrales du circuit de la récompense davantage activées par les récompenses de type monétaire (en bleu) et les aires cérébrales du circuit de la récompense davantage activées par des récompenses de type érotique (en vert).
On peut superposer 3 images suivantes :
- l’image anatomique IRMsujet13241anatRecompense
- le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupArgent
- le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_conjonctionargentETerotique
Comme les travaux de l'équipe J-C Dreher et coll., nous avons focalisé notre attention sur la partie antérieure du cerveau.
Voici les résultats obtenus sous Eduanatomist.
Ces images permettent de montrer la dissociation entre les aires cérébrales du circuit de la récompense davantage activées par les récompenses de type érotique (en vert) et les aires traitant indifféremment tout type de récompense (en rouge).
On peut superposer 3 images suivantes :
- l’image anatomique IRMsujet13241anatRecompense
- le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ArgentSupErotique
- le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_conjonctionargentETerotique
Comme les travaux de l'équipe J-C Dreher et coll., nous avons focalisé notre attention sur la partie antérieure du cerveau.
Voici les résultats obtenus sous Eduanatomist.
Ces images permettent de montrer la dissociation entre les aires cérébrales du circuit de la récompense davantage activées par les récompenses de type monétaire (en bleu) et les aires traitant indifféremment tout type de récompense (en rouge).
On peut superposer les 4 images suivantes :
- l’image anatomique IRMsujet13241anatRecompense
- le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ArgentSupErotique
- le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_ErotiqueSupArgent
- le calque fonctionnel IRMsujet13241fonctionRecompense_conjonctionargentETerotique
Comme les travaux de l'équipe J-C Dreher et coll., nous avons focalisé notre attention sur la partie antérieure du cerveau.
Voici les résultats obtenus sous Eduanatomist.
Ces images permettent de montrer la dissociation entre
- les aires cérébrales du circuit de la récompense davantage activées par les récompenses de type monétaire (en bleu),
- les aires cérébrales du circuit de la récompense davantage activées par les récompenses de type érotique (en vert)
- les aires traitant indifféremment tout type de récompense (en rouge).
IRM
Nom organisme de recherche : CNRS (images acquises au CERMEP)
Puissance du champ magnétique : 1.5 T
Antenne : tête 8 canaux
Pour les images fonctionnelles :
Nom de l’imageur : SONATA SIEMENS 1.5 T
Nombre de volumes acquis pendant la totalité de l’expérience : 296*4=1184
Nombre de coupes : 26
Nombre de runs fonctionnels : 4
Sequence : EPI T2*
TR : 2,5s
TE : 60ms
Résolution : field of view 220mm & matrice 64*64, soit une taille de voxel de 3.44*3.44*4.4mm
Pour l’image anatomique :
[provient du logiciel mricro : http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/index.html]
Nombre de coupes : 217
Résolution : taille de voxel 1*1*1mm
Accéder au dossier : Système de récompense
Dossier permettant d'approfondir le thème relatif aux images
