Master 1 Psychologie et Neurosciences Cognitives Méthodologie en Neurosciences Comportementales chez l'animal

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1 Master 1 Psychologie et Neurosciences Cognitives Méthodologie en Neurosciences Comportementales chez l'animal vincent.roy@univ-rouen.fr Partie 2 : Mesures innovantes du comportement chez le rongeur de laboratoire

2 Méthodes «old-fashioned» Avantages : Coût pratiquement nul Accessibilité immédiate et en apparence à «n'importe qui»

3 Méthodes un peu plus récentes Saisie semi-automatisée : exemple du logiciel Etholog Avantages : Export numérique, temps & fréquence, log des événements ainsi que quelques options user-friendly

4 Inconvénients des méthodes «manuelles» Méthodes longues et fastidieuses Manque de reproductibilité Entre expérimentateur Pour un même expérimentateur

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6 Inconvénients des méthodes «manuelles» Problème d'objectivité Influence de la consigne sur le résultat : Effet Pygmalion / Travaux de Robert Rosenthal Influence de la connaissance de l'influence de la consigne sur le résultat...

7 Tendance actuelle Maximum d'automatisation dans la collecte des données Minimum d'intervention de l'expérimentateur humain sur le test Comment automatiser la mesure du comportement?

8 Contraintes On cherche à mesurer des comportements très variés et parfois complexes Activité spontanée ou en réaction à un dispositif Déficits moteurs (fins) Comportements émotionnels Apprentissages et mémoire Troubles de l'attention Réactions à la douleur

9 Utilisation de cellules photo-électriques Open-field

10 Utilisation de cellules photo-électriques Cage de vie

11 Utilisation de cellules photo-électriques Avantages : Position de l'animal Distance parcourue, vitesse (moyenne, min/max) Redressements Couplages possibles (roue d'activité, mesure de boisson et d'alimentation...) Rapidité du test / test d'un grand nombre d'animaux en parallèle Coût du système «relativement» accessible

12 Utilisation de cellules photo-électriques Inconvénients : Mesure «indirecte» du comportement Résultats identiques pour des animaux avec des profils très différents Mesure qui peut être facilement biaisée Sciure devant les capteurs Animal qui se gratte devant un capteur...

13 Vidéo-tracking Principe : numériser les déplacements de l'animal à partir d'un flux vidéo Obtention du «tracking» ou trajectoire de l'animal

14 Vidéo-tracking Principe : numériser les déplacements de l'animal via un flux vidéo Temps passé (min/max) et nombre d'entrées dans des zones que l'on peut définir Latences, vitesses moyennes ou min/max, temps

15 Vidéo-tracking Intérêt Gain de précision / reproductibilité Gain de temps (mesure en parallèle de très nombreux paramètres) Analyse immédiate des données ou fichier d'export numérique Possibilité de segmenter l'analyse a priori mais aussi a posteriori

16 Vidéo-tracking Inconvénients : Problème de contraste avec les animaux de différentes couleurs ou bicolores La mesure du comportement est également «indirecte»

17 Vidéo-tracking Résolution du problème de contraste : tracking en caméra thermique

18 Vidéo-tracking Insertion d'éléments «qualitatifs» dans le vidéo-tracking Codage manuel via le pavé «éthologique» Tracking 2 ou 3 points et vecteur de tête Exemple des SAPs

19 Stretched Attend Postures

20 Vidéo-tracking Réalisation de «heat map»

21 Vidéo-tracking Possibilité de couplage avec une interface de contrôle Moteur Haut-parleurs Micro Cellules photo-électriques Pédale d'appui Télécommande

22 Vidéo-tracking Tracking sur plusieurs individus Interactions sociales

23 Vidéo-tracking Inconvénients Nombre de tracking simultanés (pour le moment) assez restreint Très grand nombre de paramètres relevés / Le système mesure ce qu'on lui demande de mesurer nécessité d'une expertise en comportement malgré la facilité de prise en main de certains logiciels L'analyse «qualitative» ne relève pas tous les comportements

24 Reconnaissance automatisée des comportements Système basé sur la reconnaissance directe du comportement sur la vidéo Jhuang H. et al. (2010) /

25 Reconnaissance automatisée des comportements Jhuang et al. (2010) Nature communications

26 Reconnaissance automatisée des comportements Le système peut apprendre à partir du codage d'un expérimentateur Il est meilleur qu'un expérimentateur pour reproduire un codage

27 Reconnaissance automatisée des comportements Il peut prendre en compte des interactions avec un objet Logiciel et base de données gratuits pour le secteur académique!

28 Reconnaissance automatisée des comportements Système de mesure automatisée des comportements via les vibrations spécifiques produites par l'animal lors de chaque type de comportement.

29 Reconnaissance automatisée des comportements Le signal de vibration est spécifique à chaque comportement de l'animal

30 Reconnaissance automatisée des comportements Le système détecte de plus la position de l'animal, sa vitesse (moyenne, min/max), sa trajectoire, ses occupations de l'espace.

31 Reconnaissance automatisée des comportements Avantages : cf. ci-dessus Inconvénients : Comme dans le système précédent l'animal est isolé (possibilité d'un stress social) Coût (pas si l'on en croit le fournisseur)

32 Reconnaissance automatisée des comportements Système de tracking-vidéo 3D Avantages : Reconnaissance pratiquement parfaite de tous les comportements Possibilité de suivre plusieurs individus à la fois dans une même cage Inconvénients : Système pas encore vraiment abouti chez les rongeurs (opérationnel pour du suivi 3D de vol chez l'insecte ou de nage chez le poisson). Quel sera le coût...

33 Reconnaissance automatisée des comportements Système de tracking-vidéo 3D

34 Reconnaissance automatisée des comportements Système de tracking-vidéo 3D

35 Caméra haute résolution / haute fréquence Vidéo-tracking des vibrisses (Mitchinson B. et al. 2007)

36 Caméra haute résolution / haute fréquence Le FACS (facial action coding system) permet de coder les émotions humaines sur la base «d'unités d'action».

37 Caméra haute résolution / haute fréquence Reconnaissance des expression faciales de la douleur chez la souris (Mouse Grimace Scale, Langford DJ et al. 2010).

38 Caméra haute résolution / haute fréquence Rodent Face Finder (Sotocinal, SG et al. 2011)

39 Caméra haute résolution / haute fréquence Ce type de matériel / procédure est / sera également utilisé pour l'analyse fine de la motricité

40 Caméra haute résolution / haute fréquence Comportement de Grasping (Sacrey, Alaverdashvili & Whishaw 2009)

41 Automatisation de l'analyse des mouvements <

42 Automatisation de l'analyse des mouvements

43 Tendance actuelle Maximum d'automatisation dans la collecte des données Minimum d'intervention de l'expérimentateur humain sur le test Comment minimiser l'intervention de l'expérimentateur humain?

44 En testant l'animal à partir de sa cage d'élevage Différent systèmes existent pour suivre le comportement d'un animal sur de longues périodes dans sa propre cage. Vidéo-tracking, cellules photo-électriques, capteurs de pression...

45 En testant l'animal à partir de sa cage d'élevage En continu sont mesurés les déplacements de l'animal, ses périodes de repos, son alimentation et sa boisson ou encore ses interactions avec des objets. Des protocoles jouent des sons aversifs quand il rentre dans sa cage ou approche d'un objet en particulier modification durable du comportement.

46 En testant l'animal à partir de sa cage d'élevage

47 En testant l'animal à partir de sa cage d'élevage

48 En testant l'animal à partir de sa cage d'élevage Ici l'animal peut apprendre un conditionnement dans sa cage de vie, en présence de ses congénères et sans manipulation par un expérimentateur.

49 Utilisation des puces RFID (Radio Frequency IDentification) L'accès au conditionnement dans la cage de vie où à des dispositifs en dehors de la cage de vie est individualisé. Chaque souris peut avoir son propre emploi du temps!

50 Utilisation des puces RFID (Radio Frequency IDentification) Cette technologie est également employée pour le simple suivi de l'activité dans la cage de vie (mais ne renseigne pas sur les types de comportements).

51 Est-ce important de ne pas manipuler les animaux? Utilisation de puce de télémétrie cardiaque chez la souris Cette puce et d'autres modèles permettent de mesurer en temps réel des paramètres physiologiques comme les battements cardiaques, la pression sanguine, la température corporelle, la saturation en oxygène...

52 Télémétrie cardiaque Après opération l'animal est placé dans l'animalerie avec, sous sa cage, une antenne de réception connectée à un système d'enregistrement et un ordinateur.

53 Ou de manipuler «amicalement» les animaux? Comparaison de 3 procédures de placement de souris dans un labyrinthe en croix surélevé Différents résultats obtenus dans les 3 groupes (Hurst et West, Nature methods, 2010).

54 Enregistrement intracérébral au cours du comportement Enregistrements multi-unitaires spécifiques de l'apprentissage Processus d'extinction observé dans la home-cage en cas de ré-exposition sans renforcement négatif Ce processus ne s'exprime pas à l'occasion d'un rappel dans le compartiment de conditionnement, même après extinction dans la home cage Le conditionnement de peur et son extinction sont plus complexes qu'il n'y paraît ; et dépendants du contexte.

55 Tendance actuelle Maximum d'automatisation dans la collecte des données Minimum d'intervention de l'expérimentateur humain sur le test Quel est le bien fondé de ces évolutions technologiques et méthodologiques?

56 Ne pas oublier certains fondamentaux Dans les conditions les plus rigoureusement contrôlées de pression, de température, de volume, d'humidité et d'autres variables, le rat ou la souris fera exactement ce qu'il lui plaira... (adapté d'une loi de Murphy). Il répond à la question que lui se pose ; à nous de faire en sorte que ce soit la même que celle que nous voulons lui poser.

57 Un exemple Dispositif très technique et relativement coûteux pour étudier la motricité et notamment la posture et la marche chez le rat.

58 Un exemple Il permet des analyses très précises de l'appui de la patte lors de la marche.

59 Un exemple Mais seulement si l'animal a envie de marcher...

60 La standardisation à l'extrême des dispositifs et des procédures Ne permet pas d'obtenir exactement les mêmes résultats d'un laboratoire à l'autre. Par conséquent autant se servir de la variabilité des dispositifs et des procédures pour harmoniser les contrôles sur certaines valeurs

61 En guise de conclusion le cas de l'open field Le dispositif de l'open field existe depuis 78 ans. Il a bénéficié de pratiquement tous les raffinements technologiques que nous avons vu et il équipe une vaste majorité des laboratoires de recherche en neurosciences. Cependant on ne sait toujours pas exactement ce que mesure ce dispositif et il est clairement mal utilisé ou mal compris par une grande majorité de ses utilisateurs (Stanford SC, 2007, Journal of Psychopharmacology).

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64 Il reste encore de place pour des études en comportement (un peu)

65 Empathie et comportements prosociaux chez le rat

66 Dilemme du prisonnier chez le rat Coopération chez le rat (Viana, DS. 2010)

67 Merci de votre attention