Cela fait près d’un siècle que le premier article décrivant une relation non linéaire entre l’excitation et la performance comportementale a été publié (Yerkes et Dodson 1908). Cette étude, une analyse de l’influence de la difficulté des tâches et du stress sur l’apprentissage de la discrimination chez la souris dansante, se distingue de toutes les autres., L’article a été publié sans analyse statistique (les statistiques n’avaient pas encore été conçues) et avec des échantillons aussi petits que 2 souris par groupe (un niveau de puissance inacceptable par rapport aux normes modernes). Malgré les limites de leur étude, les résultats de Yerkes et Dodson ont ensuite été reproduits chez les chats (Dodson, 1915), les rats (Broadhurst, 1957; Telegdy et Cohen 1971) et les personnes (Dickman, 2002; Bregman et McAllister 1982; Anderson, 1994), et sont devenus une partie du lexique du domaine de la psychologie sous le nom de « loi Yerkes-Dodson” (Young, 1936; Eysenk, 1955)., En bref, Yerkes et Dodson ont constaté que lorsque les souris recevaient une simple tâche de discrimination, leurs performances s’amélioraient linéairement avec une augmentation de l’excitation. Avec des tâches plus difficiles, la performance des souris s’est améliorée avec une augmentation modérée de l’excitation, mais aux niveaux d’excitation les plus élevés, leur performance a été altérée, formant une relation globale non linéaire (en U inversé) entre l’excitation et la performance. Cette influence dépendante de la tâche sur la forme des courbes d’excitation-performance est illustrée à la Figure 1.,
Illustration des composantes linéaires et non linéaires de la Loi de Yerkes-Dodson en fonction de la difficulté de la tâche. Les performances dans les deux types de tâches augmentent en réponse à un changement de niveau d’excitation faible à modéré. Dans des conditions d’excitation élevée (ou spécifiquement « vigueur” (Dickman, 2002)), les sujets montrent un haut degré de performance dans les tâches simples, mais sont altérés dans les performances dans les tâches difficiles. En général, les” tâches simples » seraient conformes à une condition d’entraînement qui implique une attention focalisée sur un stimulus très distinct., L’exécution de ce type de tâche produit régulièrement des souvenirs forts et relativement précis dans des conditions très excitantes, telles que des phénomènes tels que la » mise au point d’armes « et les” souvenirs flashbulb », ainsi qu’une mémoire améliorée pour les événements centraux se produisant dans une scène excitante (Christianson, 1992; Conway et al., 1994; Safer et coll., 1998; Pickel, 1998)., En revanche, les tâches plus exigeantes qui impliquent une attention divisée, une mémoire de travail, une attention aux signaux en dehors de la source d’excitation, ou celles qui impliquent des différences subtiles entre les stimuli dans les tâches de discrimination seraient conformes à la distinction « tâche difficile”. Des niveaux élevés d’excitation nuisent généralement aux performances dans ces types de tâches (Leon et Revelle 1985; Burke et al., 1992; Christianson, 1992)., En fin de Compte, notre compréhension des relations complexes entre la difficulté de la tâche, l’excitation et la mémoire sera corroborée par l’étude de l’activation ou de l’inhibition de différents systèmes de mémoire cérébrale par différents niveaux de difficulté de la tâche et d’excitation (Barch et al., 1997; Arnsten, 1998; Diamond et coll., 2001; plus Courageux et coll., 2001; Kensinger et coll., 2003; Kensinger et Corkin 2004; Birnbaum et coll., 2004).,
la loi Yerkes-Dodson a exercé une influence continue sur la recherche cognitive, avec des décennies de débats impliquant à la fois le soutien et la critique de sa valeur heuristique (Broadhurst, 1957; Broadhurst, 1959; Brown, 1965; Deffenbacher, 1982; Christianson, 1992; Baumler, 1994; Teigen, 1994; Watters et al., 1997; Dutton et Carroll 2001; Hanoch et Vitouch 2004)., Ainsi, le travail original de Yerkes et Dodson et la » loi » qu’il a engendrée ont jeté les bases de décennies de recherche sur les raisons pour lesquelles la performance comportementale peut être améliorée ou altérée lorsque les sujets sont sous forte pression (excitation élevée).
Les recherches actuelles sur les non-linéarités impliquant l’excitation et la fonction cérébrale ont été menées à des niveaux méthodologiques avancés qui étaient inimaginables au moment de la naissance de la Loi de Yerkes-Dodson., La recherche neurobiologique a étudié les non-linéarités dans un large éventail d’enquêtes sur le comportement et le fonctionnement du cerveau, y compris L’analyse par IRM fonctionnelle de la mémoire de travail (Callicott et al., 1999), les interactions hormone-mémoire (Gold et Van Buskirk 1975; Introini-Collison et al., 1994; Stefani et coll., 1999), la plasticité synaptique (Diamond et al., 1992; Kerr et coll., 1994), ligand du récepteur-mémoire interactions (Conrad et coll., 1999; Okuda et coll., 2004) et la neuroprotection en réponse aux insultes métaboliques (Bar-Joseph et al., 1994; Kaltschmidt et coll., 1999; Abraham et coll., 2000)., C’est dans ce contexte que j’ai invité des chercheurs ayant une expertise dans l’étude des relations non linéaires impliquant le cerveau et l’excitation à soumettre des manuscrits à la revue. Le produit final est un effort exceptionnel, avec 7 articles fournis par des chercheurs distingués de 5 pays différents. Leur travail est présenté dans deux numéros spéciaux consacrés au thème des relations non linéaires impliquant le fonctionnement du cerveau, l’excitation et la performance comportementale.
Le présent numéro contient trois articles de chercheurs des laboratoires du Dr., Corrado Bucherelli de L’Université de Florence, à Florence, Italie, Dr Sonia Lupien du Centre de recherche de L’Hôpital Douglas et de L’Université McGill, à Montréal, Canada, et Dr Cheryl Conrad de L’Université D’État de L’Arizona, à Tempe, Arizona, États-Unis. Le premier article des Drs Baldi et Bucherelli fournit une perspective large sur la base neuronale et endocrinienne des non-linéarités entre la performance comportementale et l’excitation. Ces chercheurs présentent une synthèse, issue de décennies de recherche sur les rongeurs et les humains, qui améliore notre compréhension de la modulation complexe de la mémoire par l’excitation., Plus précisément, ils ont discuté de la relation non linéaire entre la mémoire et les actions des hormones du système nerveux sympathique, par exemple l’épinéphrine et l’axe hypothalamo-hypophyso-surrénalien (HPA), par exemple l’hormone adrénocorticotrope (ACTH) et les glucocorticoïdes (GCs; corticostérone chez le rat et cortisol chez les personnes).
Les deuxième et troisième articles de ce numéro par les Drs Lupien et Conrad portent principalement sur les effets aigus du GCs sur la cognition chez les rongeurs et les personnes., Les deux articles discutent des preuves qu’un niveau intermédiaire de glucocorticoïdes améliore, et des niveaux élevés de GCs altèrent, le fonctionnement lié à la mémoire de l’hippocampe, une structure connue depuis longtemps pour être très sensible au stress et être impliquée de manière critique dans l’apprentissage et la mémoire (Eichenbaum, 2001; Poldrack et Packard 2003)., Chacun de ces articles fournit un équilibre en soulignant que des niveaux élevés de stress ou de glucocorticoïdes peuvent également améliorer l’attention et la mémoire, selon que l’information fait partie ou non du contexte de stress, ainsi que si le stress survient au moment de l’acquisition par rapport à la phase de récupération de la mémoire (Voir Aussi Roozendaal, 2000 pour une discussion connexe). Ce niveau de complexité supplémentaire, c’est-à-dire,, que la forme de la fonction entre les niveaux de GC et la mémoire dépend du contexte, est compatible avec la caractéristique principale de la Loi de Yerkes et Dodson qui stipule que des niveaux élevés de stress ou d’excitation peuvent améliorer les performances dans certaines conditions et nuire aux performances dans d’autres conditions (Figure 1)., Ainsi, l’expression de la relation entre GCs (ainsi que d’autres mesures physiologiques) et la cognition peut être linéaire ou non linéaire, selon des variables telles que le niveau de difficulté de la tâche, l’implication de l’hippocampe par rapport aux structures non hippocampiques, ainsi que des variables contextuelles et temporelles (Cordero et Sandi 1998; Akirav et al., 2004; Okuda et coll., 2004).
le deuxième numéro de cette série contiendra des articles des laboratoires du Dr Julian Thayer, du National Institute on Aging, à Baltimore, Maryland, États-Unis, Dr., Gal Richter-Levin, de L’Université de Haïfa, à Haïfa, Israël, le Dr Paul Luiten, de L’Université de Groningue, à Groningue, Pays-Bas et le Dr David Diamond, de L’Université de Floride du Sud et de L’Hôpital des Anciens Combattants, à Tampa, Floride, États-Unis. L’article du Dr Thayer est peut-être le travail le plus éclectique de ce volume, offrant une nouvelle perspective sur les relations non linéaires dans différents systèmes neuronaux. Plus précisément, ce travail intègre des résultats sur les non-linéarités dans les processus inhibiteurs dans différentes structures cérébrales, par exemple,, le cortex préfrontal et l’amygdale, ainsi que la dynamique des récepteurs GABA et la plasticité synaptique, le tout dans le cadre large du contrôle neuronal du cœur en tant que système modèle de contrôle inhibiteur.
L’article des Drs Akirav et Richter-Levin se concentre sur les interactions entre les structures neuronales. Il est assez difficile de comprendre comment les structures cérébrales, isolément, sont impliquées dans l’apprentissage et la mémoire. Ces chercheurs ont relevé le défi supplémentaire de comprendre comment l’amygdale interagit avec l’Hippocampe pour influencer le traitement de la mémoire., Les idées développées dans leur article sont cohérentes avec le thème secondaire des deux numéros spéciaux, selon lequel l’expression des non-linéarités dans les interactions amygdale-hippocampe dépend, entre autres facteurs, du contexte.
Les deux derniers articles décrivent les actions du GC sur la survie et la mémoire des neurones. Leur point commun est qu’ils démontrent tous deux que des niveaux très faibles ou très élevés de GCs peuvent produire des effets néfastes sur le fonctionnement de l’hippocampe. Plus Précisément, DRS., Abraham, Meerlo et Luiten ont examiné une littérature substantielle démontrant que le GCs joue un rôle puissant dans la survie et la mort des neurones de l’hippocampe. Ils ont montré que le GCs peut activer les mécanismes impliqués dans la neurodégénérescence, ainsi que la neuroprotection, en fonction de la concentration du stéroïde. Le thème récurrent de la dépendance du contexte des actions du GC sur l’hippocampe est également abordé ici. Ces auteurs soulignent, par exemple, que les effets néfastes de niveaux élevés de GCs sur la mort neuronale peuvent être annulés par des manipulations environnementales, telles que la restriction calorique.,
Le volume se termine par un article des Drs Park, Campbell, Woodson, Smith, Fleshner et Diamond. Ces auteurs ont étudié la mémoire spatiale chez les rats dans des conditions dans lesquelles les niveaux de GC ont été manipulés de manière comportementale, en exposant les rats à un prédateur, ou pharmacologiquement, en administrant de la métyrapone, un inhibiteur de la synthèse de GC. Ils ont constaté qu’un niveau intermédiaire de GCs était corrélé à une mémoire optimale et que des niveaux de GC très faibles ou élevés étaient corrélés à une mémoire altérée., Encore une fois, la question de la dépendance au contexte a été soulevée parce que des niveaux élevés de GC, à eux seuls, étaient insuffisants pour altérer la mémoire spatiale. La mémoire spatiale n’était altérée que lorsque des niveaux élevés de GC se produisaient en conjonction avec un État de stress comportemental (Voir Aussi Woodson et al., 2003; Okuda et coll. De 2004 pour les résultats).
En résumé, le thème explicite de ces deux questions est la relation non linéaire entre l’excitation et le fonctionnement du cerveau., Cependant, il convient de noter que les niveaux croissants d’excitation ne produisent pas nécessairement des effets non linéaires sur le cerveau ou le comportement, malgré le fait que c’est ainsi que la Loi de Yerkes-Dodson est régulièrement décrite dans les manuels de Psychologie (par exemple, Rice, 1999). L’influence de la difficulté de la tâche sur la forme de la courbe excitation-performance a été soulignée par Yerkes et Dodson (1908), ainsi que dans une discussion ultérieure par Dodson (1917) et dans un manuel de Psychologie précoce (Young, 1936)., Cependant, la reconnaissance de la double caractéristique non linéaire/linéaire de la loi Yerkes-Dodson par les travailleurs contemporains n’est que rarement reconnue. Même les chercheurs dans le domaine de l’émotion, du cerveau et de la mémoire ont relégué la composante linéaire au statut de simple note de bas de page (Christianson, 1992) ou ils l’ont complètement ignorée (Loftus, 1980; Metcalfe et Jacobs 1998; Mendl, 1999; Aston-Jones et al., 2000). Les articles de ces deux numéros aident à fusionner la neurobiologie et la psychologie, dans le contexte du complet, c’est-à-dire,, version originale de la Loi de Yerkes-Dodson, en démontrant que la forme ultime des courbes dose-réponse d’excitation-performance (linéaires ou curvilignes) dépend de variables intervenantes, telles que la nature de la tâche et les influences contextuelles.
en terminant, je tiens à souligner que tous les articles de ces deux numéros spéciaux de la revue ont été évalués par des pairs, et je remercie les examinateurs pour leur temps, leurs efforts et leurs critiques constructives des versions préliminaires des manuscrits. Je voudrais également remercier le Dr., Ed Calabrese, le rédacteur en chef et force motrice derrière l’étude des phénomènes non linéaires à travers les règnes animal et végétal, pour m’avoir invité à être l’éditeur invité de ce volume. Je tiens également à remercier Barbara Callahan pour son aide dans la mise en forme des manuscrits.