Première identification de la relation causale entre les oscillations de 5-7 Hz dans le circuit cingulo-amygdalien et la réponse empathique —

L’empathie est la capacité qui nous permet de percevoir et de comprendre les émotions d’un autre individu, telles que la joie, la tristesse ou la peur. C’est une fonction essentielle pour la socialité humaine, et son altération a été observée dans de nombreux troubles psychiatriques et neurologiques tels que l’autisme, la schizophrénie et la maladie d’Alzheimer. Les mécanismes précis dans le cerveau qui forment la base de l’empathie n’ont pas été identifiés et peu d’études ont été menées pour découvrir ses origines.

Cette capacité à ressentir les sentiments des autres n’est pas unique aux humains, et ses mécanismes biologiques sont partagés avec d’autres mammifères, y compris les rongeurs. La « peur d’observation », qui est un modèle rongeur de contagion émotionnelle, est la forme de base de l’empathie affective. Ce modèle est bien établi et est fréquemment utilisé pour étudier la neurobiologie de l’empathie. Au cours de l’expérience d’observation de la peur, une souris “démonstratrice” reçoit un choc électrique, tandis qu’une souris “observatrice” regarde derrière un écran transparent. Lorsqu’elle est témoin d’un autre animal recevant un choc, la souris observatrice affiche une réaction de peur immédiate, comme en témoigne son comportement de congélation. La souris observatrice est également connue pour être capable de rappeler l’expérience ultérieurement.

L’équipe CCS-IBS dirigée par le Dr SHIN Hee-Sup a combiné ce modèle d’observation de la peur avec des expériences optogénétiques pour explorer l’origine de l’empathie. Notamment, cette étude a montré que les rythmes cérébraux synchronisés dans plusieurs zones cérébrales sont essentiels pour déclencher l’empathie. En particulier, la synchronisation entre le cortex cingulaire antérieur (ACC) et l’amygdale basolatérale (BLA) est unique à la peur empathique par exposition indirecte à la détresse des autres, et non à la peur par expérience directe.

Premièrement, ils ont montré que le circuit réciproque entre l’ACC-BLA dans l’hémisphère droit est essentiel pour le comportement de congélation observationnel. Lorsqu’elles ont inhibé de manière optogénétique les circuits ACC-BLA uniquement dans le cerveau droit, les souris ont montré une réduction du gel d’observation. En revanche, les souris n’étaient pas affectées lorsque seul le côté gauche était inhibé.

De plus, les chercheurs ont enregistré un électroencéphalogramme (EEG) dans l’ACC et la BLA. En conséquence, ils ont découvert que les rythmes cérébraux dans la plage de 5 à 7 Hz augmentaient sélectivement dans l’ACC et le BLA à un moment précis chez les souris observatrices au moment où elles montraient un comportement de gel empathique. D’autre part, les souris démonstratrices qui ont subi le choc électrique de première main ont montré une augmentation dans la plage inférieure de 3 à 5 Hz uniquement dans le BLA mais pas dans l’ACC.

Le Dr Shin déclare : « Les oscillations neuronales synchrones au sein des réseaux pourraient permettre des communications améliorées entre plusieurs zones cérébrales pour diverses fonctions cognitives et émotionnelles. Cependant, leur relation causale a rarement été démontrée.

Pour tester la relation causale entre les rythmes de 5 à 7 Hz et le comportement empathique, l’équipe a réalisé une expérience appelée “manipulations en boucle fermée”, qui consiste à utiliser l’optogénétique pour inhiber des fonctions neuronales spécifiques et à surveiller les ondes cérébrales à l’aide de l’EEG. Grâce à l’expérience en boucle fermée, ils ont pu perturber sélectivement les rythmes de 5 à 7 Hz dans le circuit ACC-BLA, ce qui a entraîné une altération significative du gel induit par la peur d’observation pendant les séances de conditionnement. Ces résultats indiquent que les rythmes 5-7 Hz dans le circuit ACC-BLA sont causalement impliqués dans les comportements empathiques.

En tant que tels, les chercheurs ont émis l’hypothèse que les rythmes thêta de l’hippocampe (4-12 Hz) pourraient régler les activités synchronisées au sein du circuit ACC-BLA. Il a été suggéré que le rythme thêta de l’hippocampe fournit un cadre oscillatoire qui synchronise les activités entre les différentes zones du cerveau. Ils ont modulé sélectivement la gamme inférieure de thêta hippocampique par des manipulations optogénétiques pendant la peur d’observation. Suite aux changements de puissance thêta de l’hippocampe, le rythme de 5 à 7 Hz dans les circuits ACC-BLA et les réponses empathiques ont été modulés de manière bidirectionnelle.

Cette étude indique fortement que les oscillations synchronisées de 5 à 7 Hz dépendantes de l’hippocampe dans l’ACC-BLA entraînent spécifiquement des réponses empathiques chez la souris.

Le Dr Hee-Sup Shin a fait remarquer: “Compte tenu de l’universalité de la peur d’observation chez les mammifères, il est raisonnable de supposer qu’une signature neuronale similaire critique pour l’empathie affective peut être trouvée chez l’homme et pourrait être utilisée pour identifier le dysfonctionnement de l’empathie chez l’homme avec des troubles psychiatriques impliquant graves déficits sociaux. Il a ajouté: “Pour le moment, nous ne savons pas comment les rythmes thêta de l’hippocampe contrôlent les rythmes ACC-BLA. Les études futures devraient porter sur la façon dont plusieurs régions du cerveau sont simultanément mobilisées pendant la peur d’observation.”