Dopamine et apprentissage : l’éclairage du Dr Samuel Liébana García

Imaginez que vous décidez d’apprendre à jouer un instrument ou à entreprendre une nouvelle activité à partir de zéro. Au début, cela vous coûte, mais, petit à petit, vous vous améliorez et, au fil du temps, vous pouvez le faire très bien, même en ajoutant votre propre style. Apprendre quelque chose de nouveau est un défi auquel nous avons tous été confrontés, mais chacun de nous le fait d’une manière différente. Pourquoi chaque personne suit-elle un chemin différent pour apprendre la même chose? Comment chacun décide-t-il de la stratégie à suivre?

Les réponses à ces questions se trouvent dans les connexions neuronales qui sont activées à l’intérieur de notre cerveau. Dans l’énorme complexité des réactions qui ont lieu chaque fois que nous essayons d’apprendre quelque chose, il y a une substance célèbre pour être liée au plaisir et à la récompense qui semble jouer un rôle fondamental: la dopamine.

Il est difficile d’étudier les changements qui se produisent dans le cerveau humain pendant le processus d’apprentissage: après tout, personne n’aime fouiller dans la tête. C’est pourquoi ces études sont réalisées chez d’autres animaux de laboratoire, comme les souris. C’est précisément ce que notre invité à l’Université d’Oxford a fait lors de sa thèse de doctorat Parler aux scientifiquesSamuel Liébana.

Samuel, avec une vaste équipe de chercheurs, a suivi pendant des semaines le processus d’apprentissage de dizaines de souris, tout en analysant en détail ce qui s’est passé dans leur cerveau. Les résultats aident non seulement à comprendre comment nous apprenons, mais aussi à connecter la biologie à l’intelligence artificielle étonnamment. Son travail a été publié dans le prestigieux magazine Cellule.

Bien que nous puissions tous apprendre, chaque personne (ou souris, dans ce cas), suit son propre chemin. Dans l’expérience de Liébana, les souris ont dû résoudre une tâche de décision visuelle: voir un point de lumière sur un écran et tourner une roue à gauche ou à droite, selon la position de l’image, jusqu’à la placer au centre. Ce faisant, ils ont reçu une récompense sucrée; S’ils ont échoué, un bip désagréable retentit.

Ce qui est intéressant, c’est que, grâce à un assemblée sophistiquée, les chercheurs pouvaient observer dans les endroits dans le cerveau qu’il y avait une augmentation de la dopamine. Avec une capacité supérieure ou moindre, toutes les souris ont appris la tâche, mais ils l’ont fait de différentes manières. Certains ont commencé à regarder le côté droit de l’écran et ont appris à déplacer la roue dans la bonne direction pour placer le point au centre. Si le point n’apparaissait pas de ce côté, ils ont supposé que la roue devait se tourner du côté opposé. La solution était correcte, mais pas idéale. D’autres ont remarqué le côté gauche, et il y avait aussi ceux qui avaient une vision plus large du problème et ont observé les deux côtés de l’écran.

Mais la chose la plus surprenante est que, malgré cette diversité, les chemins d’apprentissage ont suivi une certaine logique: ce qu’ils ont fait au début a influencé ce qu’ils feraient des semaines plus tard. Autrement dit, l’apprentissage n’était pas aléatoire.

La dopamine est un neurotransmetteur clé dans le processus d’apprentissage. Il est libéré dans certaines zones du cerveau lorsque quelque chose est important ou inattendu. Dans cette étude, les chercheurs ont mesuré la dopamine dans une région spécifique du cerveau de souris appelé striatum dorsolatéral. Qu’ont-ils trouvé?

Comme les souris l’ont appris, le signal de la dopamine changeait. Au début, il a répondu surtout lorsque la souris a reçu une récompense. Mais au fil du temps, il a commencé à répondre avant, juste au moment où le stimulus visuel est apparu. Cela a indiqué que le cerveau avait déjà appris à associer ce stimulus à une récompense possible. Et le plus incroyable: chaque souris a montré un modèle de dopamine différent, qui a coïncidé avec sa façon particulière d’apprentissage.

En d’autres termes, la dopamine réagit non seulement au prix, mais guide également l’apprentissage, agissant comme une sorte d’enseignant qui donne à l’élève.

C’est là que la chose devient encore plus fascinante. Pour comprendre pourquoi la dopamine a agi différemment dans chaque souris, l’équipe a utilisé un modèle d’intelligence artificielle inspiré par des réseaux neuronaux profonds, tels que ceux utilisés dans l’apprentissage automatique. Ces réseaux sont formés par plusieurs couches de «neurones artificiels» qui traitent les informations et apprennent en ajustant leurs connexions.

Samuel et son équipe ont construit un modèle qui a appris en tant que souris: Little à petit, testant différentes stratégies et s’adaptant selon les résultats. Le modèle avait plusieurs couches, tout comme le vrai cerveau. La chose la plus importante est que ce modèle avait besoin de «signaux d’enseignement» différents (comme s’il avait plusieurs types de dopamine) pour apprendre correctement. Ce n’est qu’alors que je pourrais imiter les trajectoires diverses et ordonnées des vraies souris.

Cela suggère que le cerveau pourrait utiliser un système d’apprentissage en profondeur naturel, où différents signaux – comme la dopamine – enseignent à différentes parties du cerveau quoi faire.

Nous vous invitons à écouter Samuel Liébana García, actuellement chercheur postdoctoral à l’université du Collège de Londres, au Royaume-Uni.

Références:

Samuel Liebana, Aeron Laffere, Chiara Toschi, et al. La dopamine code pour les signaux d’enseignement en réseau profond pour les trajectoires d’apprentissage individuelles 2025, cellule 188, 1–17
10 juillet 2025 © 2025