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Rat Behavior and Biology : Rats et labyrinthes

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Rats et labyrinthes
(http://www.ratbehavior.org/RatsAndMazes.htm)


Auteur original : Anne Hanson (11 août 2005)
Traduction : Cécile Voisin (11 juin 2011)
Correction : Charlotte Dumartin, Estelle Deyrieux et Laura De Paepe
Retouche d'image : Nastasia Garsia Morais


Sommaire

Différentes sortes de labyrinthe et leur utilité

Les rats ont été utilisés dans des labyrinthes expérimentaux depuis au moins le début du 20ème siècle. Les milliers d'études ont examiné comment les rats parcourent différents types de labyrinthes, allant du labyrinthe en T au labyrinthe d'eau. Ces études de labyrinthes sont utilisées pour étudier l'apprentissage spatial et la mémoire des rats. Des études de labyrinthes ont aidé à découvrir les principes généraux sur l'apprentissage qui peuvent être appliqués à beaucoup d'espèces, dont les humains. Aujourd'hui, les labyrinthes sont utilisés pour déterminer si différents traitements ou conditions affectent l'apprentissage et la mémoire chez les rats.

Les rats sont particulièrement doués pour parcourir des labyrinthes. Cette capacité provient de l'histoire de leur évolution : les rats sont de petits rongeurs faisant des terriers qui ont passé des millénaires à creuser et à retrouver leur chemin parmi des tunnels souterrains. Il n'est pas étonnant qu'ils soient doués pour les labyrinthes.

Le labyrinthe classique

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C'est le genre de labyrinthe auquel tout le monde pense quand on parle de rats et de labyrinthes. Ce type de labyrinthe consiste en une plateforme avec une série de murs verticaux et un plafond transparent. Le rat démarre à un endroit, parcourt le labyrinthe, pour arriver à une récompense dans un autre endroit.

De combien d'essais a besoin un rat affamé pour parcourir le labyrinthe jusqu'à la récompense alimentaire sans faire de faute ? À quelle vitesse le rat parcourt-il le labyrinthe à chaque fois ? Le rat va-t-il plus vite après plusieurs essais ? Avec le temps, les rats ont tendance à parcourir le labyrinthe avec de moins en moins d'erreurs et de plus en plus rapidement. En faisant un graphique représentant le nombre d'erreurs à chaque fois, vous pouvez générer une courbe d'apprentissage des rats.

Projets amusants

Les labyrinthes semblent très simples pour nous. Après tout, nous les êtres humains nous avons une vue d'en haut et nous pouvons facilement trouver la solution d'un petit labyrinthe comme celui représenté ci-dessus. Mais un rat dans le labyrinthe ne peut pas voir les choses dans leur ensemble : il peut seulement voir les couloirs devant, derrière et sur les côtés. La solution n'est pas du tout évidente ! Pour faire l'expérience de ce que pourrait représenter un labyrinthe pour un rat, essayez les projets ci-dessous :


Le labyrinthe en T

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Le labyrinthe en T est formé comme un T. L'animal-test commence à la base du T. Une récompense peut être placée sur un bras du labyrinthe, ou différentes récompenses peuvent être placées sur chaque bras. Le rat avance et choisit le bras de gauche ou de droite du labyrinthe.

À quelles sortes de questions pouvez-vous répondre avec un labyrinthe en T ?

Préférences de côté : La question la plus simple que l'on peut poser dans le cas d'un labyrinthe en T est pour savoir si un rat à côté préférentiel naturel. Sans aucune récompense dans chaque branche, un rat préfère-t-il aller à droite ou à gauche ?

Alternance : Vous pouvez étudier une alternance naturelle en mettant un rat dans un labyrinthe en T sur de multiples essais sans mettre de récompense. Les rats alternent-ils entre les bras droit et gauche ? Vous pouvez aussi entrainer des rats à alterner en mettant d'abord une récompense dans une branche, puis dans l'autre sur beaucoup d'essais. Le rat devrait apprendre à choisir la branche n'ayant pas été visitée lors de l'essai précédent.

Apprentissage : Les labyrinthes en T sont aussi utilisés pour étudier un simple apprentissage. Vous pouvez placer une récompense à l'extrémité de l'une des branches, puis faire parcourir le labyrinthe à un rat affamé plusieurs fois. Combien d'essais fera le rat avant de choisir la bonne branche la plupart du temps ? De plus, si l'on retire la récompense, et que le rat parcourt le labyrinthe plusieurs fois, pendant combien d'essais va-t-il préférer la branche dorénavant vide ? Si la récompense est replacée, combien d'essais va-t-il falloir au rat pour ré-établir une préférence pour cette branche ?

Préférence : Les labyrinthes en T sont utilisés pour demander aux rats de choisir entre deux options. Une récompense différente est placée à chaque bras du labyrinthe. Les récompenses peuvent être : des aliments différents, un autre rat dans une petite cage, un abri, une odeur. On permet au rat d'explorer le labyrinthe dans son entier. Puis le rat est placé dans le lieu de départ, et le chercheur répertorie le choix du rat : par exemple, la quantité de temps que le rat passe à l'extrémité de chaque branche sur une période donnée (disons, 5 minutes). Vous pouvez poser au rat toutes sortes de questions, comme :

  • Si un rat préfère un gâteau au chocolat ou des pois
  • Si un rat préfère une odeur de litière familière à une litière propre
  • Si une rate en chaleur préfère un mâle ou un autre
  • Si un rat mâle préfère une femelle familière ou inconnue
  • Si un jeune rat préfère un mâle adulte ou une femelle adulte
  • Si un rat préfère manger de la nourriture dans une gamelle ayant déjà été visitée par d'autres rats, ou une nourriture identique dans une nouvelle gamelle propre

Le labyrinthe en T multiples

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Le labyrinthe en T multiples est un labyrinthe complexe fait de plusieurs jonctions en T. La performance dans le labyrinthe en T multiples est facile à mesurer car chaque intersection est identique et a une réponse bonne ou mauvaise claire. Le labyrinthe en T multiples est aussi un vrai défi pour les rats.

Quelles sortes de questions pouvez-vous poser avec un labyrinthe en T multiples ?

Les labyrinthes en T multiples étaient utilisés pour répondre à des questions d'apprentissage de lieu vs. de réponse et cartes cognitives.

Cartes cognitives et apprentissage latent : les rats apprennent-ils un labyrinthe en choisissant les couloirs qui mènent à une récompense, ou génèrent-ils une carte interne du labyrinthe même sans récompense (appelé apprentissage latent) ? Pour répondre à cette question, les chercheurs ont placé un rat dans un labyrinthe et l'ont laissé l'explorer sans récompense. Le rat se baladait simplement. Puis les chercheurs commençaient par placer de la nourriture dans le coin récompense. Les rats connaissant déjà le labyrinthe ont appris à résoudre le labyrinthe plus rapidement que obtenaient de meilleures scores que les rats n'ayant jamais eu de temps d'exploration. Leur compétence indique que les rats avaient généré une carte cognitive du labyrinthe lors de leurs explorations (Tolman et Honzik 1930).

Apprentissage de lieu vs. apprentissage de réponse : Les rats résolvent-ils le labyrinthe en apprenant que l'objectif est dans un endroit particulier dans l'espace, relatif aux signaux à l'extérieur du labyrinthe ? Par exemple, ils pourraient apprendre à aller dans le lieu le plus proche de la fenêtre de la pièce ou sous une ampoule au plafond. C'est ce qu'on appelle l'apprentissage de lieu, et c'est la forme principale d'apprentissage de la théorie de carte cognitive. Les rats pourraient sinon apprendre une réponse particulière à un labyrinthe, comme "gauche, droite, gauche, gauche, droite". C'est ce qu'on appelle apprentissage de réponse, qui appartient à la théorie stimulus-réponse. Dans cette théorie, les rats choisissent d'aller à gauche ou à droite selon le choix les ayant mené à la nourriture dans de précédents essais. La récompense alimentaire renforce les choix correctes.

Les rats utilisent-ils donc l'apprentissage de lieu ou l'apprentissage de réponse ? Cette question a été testée en laissant des rats se familiariser eux-mêmes avec un labyrinthe. Après un certain nombre d'essais, on faisait pivoter le labyrinthe entier dans la pièce. La réussite des rats après la rotation dépendait de (1) combien de signaux externes étaient disponibles, (2) combien de temps d'entrainement les rats avaient eu auparavant. Si l'on donnait aux rats beaucoup de signaux externes (fenêtres, ampoules au plafond, horloge sur le mur) et qu'on ne les faisait découvrir le labyrinthe qu'un petit nombre de fois avant le test, ils utilisaient l'apprentissage de lieu et faisaient des choix les menant dans l'endroit de la pièce où ils trouvaient habituellement la récompense alimentaire. Cependant, si les signaux externes étaient rares, et que les rats parcouraient le labyrinthe des centaines de fois avant le test, ils utilisaient leur apprentissage de réponse. Ils choisissaient constamment le même chemin sans se soucier de la manière dont le labyrinthe était tourné (voir Malone 1991 pour en savoir plus).

Le labyrinthe en Y

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Le labyrinthe en Y est similaire au labyrinthe en T, mais il possède trois bras identiques. Le rat démarre à la fin d'un bras, puis choisit l'un des deux autres. Le labyrinthe en Y est un peu plus simple que le labyrinthe en T car les virages progressifs réduisent le temps d'apprentissage par rapport aux virages brusques du labyrinthe en T.

À quelles sortes de questions pouvez-vous répondre avec un labyrinthe en Y ?

Les labyrinthes en Y peuvent être utilisés pour répondre aux mêmes questions que les labyrinthes en T. Par exemple :

Alternance : Si on laisse les rats dans le labyrinthe en Y pendant 5 minutes, comment l'explorent-ils ? Explorent-ils les bras un par un ? Se rappellent-ils dans quel bras ils sont entrés en dernier ?

Nouveauté et mémoire : Les rats préfèrent-ils passer du temps dans les zones nouvelles ou dans celles connues ? Pour tester cela, l'un des bras est bloqué et on laisse le rat explorer les deux autres bras pendant environ 15 minutes. Puis le rat est placé au départ et le bras bloqué est ouvert. Le rat préfère-t-il le nouveau bras ou celui qu'il connait ? Pour tester la mémoire du rat il pourrait y avoir un délai de plusieurs heures entre la phase de familiarisation et la phase de test. Le fonctionnement de la mémoire du rat peut ainsi être testée sous différentes conditions, comme sous l'influence de drogues pouvant affaiblir ou améliorer la mémoire.

Le labyrinthe en Y le plus intéressant qu'il m'ait été donné de voir était un labyrinthe en Y géant sous l'eau utilisé pour tester les préférences des requins !

Le labyrinthe radial

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Le labyrinthe radial a une plateforme centrale avec huit, douze ou seize rayons émanant d'un cœur central (Olton et Honig 1978).

À quelles sortes de questions pouvez-vous répondre avec un labyrinthe radial ?

Mémoire à court terme : Les rats se rappellent-ils quels bras du labyrinthe ils ont déjà visité ? Pour tester cela une seule graine est placée à la fin de chaque bras. Un rat est placé sur la plateforme centrale. Le rat visite chaque bras et mange la graine. Pour parcourir le labyrinthe avec succès, le rat doit aller dans chaque bras seulement une fois. Il doit utiliser sa mémoire à court terme et des indices spatiaux pour se rappeler quels bras il a déjà visité. Si un rat va deux fois dans un bras cela compte comme une erreur. La performance du rat dans le labyrinthe est considérée comme un test de mémoire à court terme. La mémoire à court terme peut ensuite être testée sur différents rats ou en différentes conditions de traitement. Par exemple, les mâles sont-ils plus doués que les femelles ? Et en ce qui concerne les jeunes vs. les vieux rats ?

Neuroscience comportementale : On pourrait donner des drogues particulières aux rats (comme de l'alcool) pour voir si cela affaiblit ou améliore la mémoire à court terme. Des zones du cerveau différentes pourraient aussi être affaiblies pour comprendre l'importance de leur fonction dans la mémoire à court terme.

La piscine de Morris

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La piscine de Morris (Morris et al. 1982) est un large bac rond rempli d'eau opaque (rendue blanche par du lait en poudre) avec deux petites plateformes cachées localisées 1 ou 2 centimètres sous la surface de l'eau. Le rat est placé sur une plateforme de départ. Le rat nage autour jusqu'à ce qu'il trouve une autre plateforme où se poser. Des signaux extérieurs, comme les décors ou le chercheur, sont placés autour de la piscine au même endroit à chaque fois pour aider le rat à apprendre où se trouve la plateforme d'arrivée. Le chercheur mesure le temps que met le rat à trouver cette plateforme cachée.

À quelles sortes de questions pouvez-vous répondre avec une piscine de Morris ?

Apprentissage spatial, apprentissage de lieu, cartes cognitives, et mémoire : Combien faut-il d'essais au rat pour localiser la plateforme cachée ? Quelles sortes de signaux spatiaux utilise un rat pour trouver la plateforme cachée ? Que se passe-t-il si ces signaux sont modifiés ou déplacés ?

Neuroscience comportementale : Quelles parties du cerveau sont utilisées pour l'apprentissage spatial et la mémoire ? La piscine de Morris est très populaire pour les études de neuroscience comportementale (D'Hooge et De Deyn 2001). Par exemple, comment les performances d'un rat entraîné changent-elles après manipulation de différentes parties de son cerveau, comme l'hippocampe (e.g. Burwell et al. 2004, Harker et Whishaw 2004) ? Comment les performances changent-elles après qu'un rat ait reçu certaines drogues ou enzymes (e.g. Dash et al. 2004) ? Comment s'en sortent différentes souches de rats ?