Ce qui se passe dans le cerveaux des chiens vieillissants

Cet article a été publié initialement sur le site de la revue Knowable Magazine from Annual Reviews et traduit avec leur aimable autorisation.

Hana a réussi son test de mémoire. Après avoir vu le contenu de trois boîtes identiques disposées en arc de cercle sur la terrasse arrière de sa maison, l'épagneul Cavalier King Charles de 3 ans devait se souvenir de la boîte qui contenait une friandise - une tâche qu'elle a rapidement apprise après quelques essais seulement.

Hana et son compagnon humain, Masami Shimizu-Albergine, de Bainbridge Island, dans l'État de Washington, aident les scientifiques à apprendre quelque chose également : quand l'intelligence des chiens atteint son apogée et comment elle décline avec l'âge.

Hana fait partie d'une meute qui a atteint près de 40 000 chiens de compagnie inscrits à une initiative de science citoyenne connue sous le nom de projet de vieillissement des chiens, fondée en 2014. Comprendre la biologie du vieillissement chez les chiens de compagnie est l'un des deux principaux objectifs du projet, explique le cofondateur et codirecteur Matt Kaeberlein, un pathologiste de l'Université de Washington à Seattle qui se concentre sur le vieillissement. "L'autre objectif est de faire quelque chose à ce sujet". 

Grâce à des dossiers vétérinaires, des échantillons d'ADN, des questionnaires de santé et des tests cognitifs tels que le défi de recherche de friandises de Hana, l'initiative de l'université de Washington et de l'université A&M du Texas permettra de suivre de nombreux aspects de la vie des chiens au fil du temps. De plus petits sous-ensembles de chiens, dont Hana, participeront à des études plus ciblées et à des évaluations plus approfondies. À partir de tout cela, les scientifiques espèrent repérer des tendances et trouver des liens entre les modes de vie et la santé, de l'enfance à l'âge d'or.

Cette initiative s'inscrit dans le prolongement d'un projet antérieur : le Family Dog Project, lancé dans les années 1990 à l'université Eötvös Loránd (ELTE) de Budapest pour étudier "les aspects comportementaux et cognitifs de la relation entre le chien et l'homme", auquel des dizaines de milliers de chiens ont participé au fil des décennies. Les deux projets ont commencé à collaborer sur plusieurs continents et les scientifiques espèrent qu'un groupe aussi important de chiens pourra les aider à identifier les facteurs génétiques et environnementaux qui influencent la durée de vie des chiens et la proportion de ce temps passé en bonne santé.

Le nombre de chiens de compagnie dans le monde étant estimé à plusieurs centaines de millions, il est important de comprendre comment ils vieillissent, afin d'améliorer leur vie et les soins qui leur sont prodigués. Mais suivre le parcours de certains de ces compagnons canins pourrait fournir des indices qui aideraient les gens à vieillir plus sainement, notamment ce que les chiens pourraient révéler sur notre propre vieillissement cérébral.

Le vieillissement humain s'étalant sur plusieurs décennies, l'étude de la biologie de ce processus est un défi. Il faut suivre des personnes pendant 50, 60, 70 ans ou plus, ce qui peut être laborieux et coûteux. En revanche, les chiens vieillissent rapidement. "C'est dommage pour les personnes qui aiment leurs chiens", déclare M. Kaeberlein, un amoureux des chiens depuis toujours. Mais cela fait des chiens un excellent système modèle pour étudier le vieillissement. (Bien que la durée de vie des chiens soit fortement liée à la taille de leur corps, les bouviers bernois ayant une durée moyenne de sept ans et les chihuahuas doublant presque cette durée à 13 ans, en gros, une étude de 70 ans chez l'homme équivaut à une décennie chez le chien).

L'étude des chiens présente également d'autres avantages. Leur diversité génétique en fait de meilleurs modèles animaux que les souches consanguines de souris qui sont généralement utilisées dans la recherche sur le vieillissement. Et bien que les scientifiques souhaitent souvent étudier leurs sujets dans l'environnement contrôlé d'un laboratoire, le fait que les chiens de compagnie vivent dans des foyers très variables aux côtés d'êtres humains est en fait un avantage lorsqu'on essaie de glaner des informations transférables au vieillissement humain. Il est impossible de modéliser un environnement humain complexe en laboratoire. Mais si vous étudiez des chiens de compagnie, dit Kaeberlein, ce n'est pas nécessaire. 

Faire ses valises 

Les scientifiques ont longtemps considéré les chiens comme des "animaux artificiels" au comportement non naturel, explique l'éthologue Enikő Kubinyi, de l'ELTE, qui étudie la cognition des chiens de compagnie depuis près de 30 ans. En fait, lorsque le Family Dog Project - auquel elle contribue - a été lancé par un groupe d'éthologues hongrois en 1994, beaucoup pensaient que l'idée était ridicule, dit Mme Kubinyi. Mais les mentalités ont commencé à changer. À ce jour, le projet a donné lieu à des dizaines d'études sur le comportement, la génétique et la neurobiologie des chiens, dans toutes les races et dans le temps. 

Le Dog Aging Project, pour sa part, a mené un essai clinique à petite échelle sur 24 chiens de compagnie, afin d'examiner les effets d'un médicament appelé rapamycine. Ce médicament, utilisé chez l'homme pour combattre le rejet d'organes transplantés et pour traiter le cancer, s'est également avéré capable de prolonger la durée de vie chez la levure, les vers ronds, les mouches à fruits et les souris. Les scanners cardiaques ont révélé que les chiens qui avaient reçu de la rapamycine dans cette étude, publiée en 2017, avaient une fonction cardiaque améliorée par rapport aux chiens qui avaient reçu un placebo. Depuis, le Dog Aging Project a entamé un essai plus vaste et à plus long terme sur la rapamycine dans le cadre de son objectif d'étudier plus largement la biologie du vieillissement des chiens.

La santé du cerveau en est un élément clé. "Nous ignorons beaucoup de choses sur l'évolution de la cognition des chiens avec l'âge", explique le psychologue comparatif Evan MacLean, directeur de l'Arizona Canine Cognition Center à l'université d'Arizona à Tucson et collaborateur du Dog Aging Project. Qu'est-ce que le vieillissement cognitif normal ? Les troubles précoces de la mémoire annoncent-ils une démence ultérieure ? L'objectif à plus long terme, selon M. MacLean, est d'identifier les interventions précoces qui pourraient ralentir la détérioration.

À cette fin, Emily Bray, collaboratrice de MacLean et psychologue à l'université de l'Arizona et à l'organisation Canine Companions, conçoit une batterie de tests cognitifs pour les chiens basée sur des études de cognition sur les rongeurs (y compris le test "1-2-3-treat" réalisé par Hana). Certains de ces tests exigent que les chiens apprennent à interagir avec un autre élément omniprésent dans l'environnement humain : les écrans tactiles.

Un test conçu pour étudier la mémoire et l'apprentissage, par exemple, fait appel à trois carrés aux couleurs vives et aux motifs audacieux que les chiens ont été entraînés à associer à un emplacement spécifique sur l'écran. Pendant le test, les chiens font face à un écran situé dans une boîte en bois et sont censés toucher le carré avec leur nez uniquement lorsqu'il apparaît à l'endroit correct. Les tests de Bray explorent le fonctionnement cognitif normal, mais ils ciblent également des aptitudes qui peuvent changer avec l'âge et qui dépendent des régions du cerveau affectées par la maladie d'Alzheimer chez l'homme et son analogue chez le chien, connu sous le nom de dysfonctionnement cognitif canin. Les chiens - qui apprennent à aimer le temps passé devant l'écran, si l'on en croit le frémissement de leur queue - seront soumis à des tests périodiques pour voir comment leur mémoire et leurs capacités d'apprentissage se maintiennent dans le temps.

Dans une autre étude, les deux projets de science citoyenne ont travaillé ensemble et ont découvert, à l'aide de chiens de compagnie donnés post-mortem, que les chiens âgés et ceux qui présentaient des comportements semblables à ceux de la démence avaient des niveaux plus élevés dans leur cerveau de bêta-amyloïde, une protéine mal repliée qui est également associée à la maladie d'Alzheimer chez les humains. La plupart des études animales sur la maladie d'Alzheimer ont utilisé des souris génétiquement modifiées pour développer la démence. Mais comme les chiens semblent développer naturellement un dysfonctionnement cognitif, tout comme nous le faisons avec la maladie d'Alzheimer, les chercheurs espèrent que leurs travaux en cours sur le cerveau des chiens pourront également révéler des indices permettant de mieux comprendre la maladie humaine.

La vie d'un chien 

L'un des avantages de suivre un si grand nombre de chiens tout au long de leur vie est que les scientifiques disposeront de suffisamment de données pour commencer à établir des corrélations entre le processus de vieillissement et le mode de vie, l'environnement et les habitudes des chiens. L'un des facteurs qu'ils examinent de près est l'activité physique, qui s'est avérée protectrice du vieillissement cérébral chez l'homme et certaines autres espèces. Les nouveaux résultats d'une enquête menée auprès des participants au projet sur le vieillissement des chiens suggèrent qu'il pourrait en être de même chez les chiens. Pour tester ce lien, certains des chiens participants porteront un dispositif "semblable à un Fitbit, mais pour un chien", explique M. Bray.

La restriction calorique est également un sujet d'actualité dans la recherche sur le vieillissement : Les scientifiques ont montré que le fait de manger moins et de limiter le moment où l'on mange pouvait prolonger la vie d'animaux de laboratoire comme les souris. Mais en dehors des conditions contrôlées d'un laboratoire, la situation est plus floue. Pour aider à clarifier les choses, Bray dirige une étude qui compare les habitudes alimentaires de plus de 10 000 chiens d'âges, de tailles et de races différents.

Les résultats montrent que les chiens nourris une seule fois par jour - soit 8 % du total - sont en meilleure santé en moyenne. Ces chiens nourris une seule fois présentaient moins de troubles gastro-intestinaux, dentaires, orthopédiques, rénaux, urinaires et autres que les chiens nourris deux fois par jour ou plus. Ils ont également obtenu des résultats légèrement meilleurs aux tests cognitifs. On ne sait pas très bien comment le fait de manger moins souvent améliore les facultés cognitives, explique Bray, mais l'effet était net : il correspondait à peu près à la différence entre les scores cognitifs moyens des chiens de 7 et 11 ans.

Que se passe-t-il donc dans le cerveau des chiens lorsqu'ils vieillissent ? Les scientifiques du Family Dog Project en Hongrie suivent cette question. Ils ont scanné le cerveau de chiens à l'aide d'électroencéphalogrammes et ont même entraîné des chiens à rester immobiles dans un appareil d'IRMf, révélant ainsi que, comme pour les humains, leur cerveau rétrécit avec l'âge. 

Dans le cadre d'une étude d'imagerie similaire, la neurologue vétérinaire Stephanie McGrath, de l'université d'État du Colorado, effectue des examens IRM sur les participants au projet de vieillissement des chiens, à la recherche de caractéristiques susceptibles de relier le rétrécissement du cerveau et d'autres changements physiques à la démence chez les chiens âgés. Le plus excitant, dit-elle, c'est que son travail suggère que l'IRM pourrait un jour être utilisée comme outil de détection précoce.

De nouveaux tours 

Les personnes âgées ont longtemps été victimes de l'âgisme et d'une attitude de rejet. Les chiens âgés ne sont pas différents, affirme Patrizia Piotti, vétérinaire à l'université de Milan et ancienne collaboratrice du projet "Family Dog". Ses recherches sur la résolution de problèmes, la mémoire et l'attention des chiens à mesure qu'ils vieillissent ont contribué à un ensemble de travaux suggérant que, même s'il est plus difficile d'apprendre un nouveau tour à un vieux chien, il peut être bénéfique pour sa cognition de continuer à essayer.

Et, en fait, tous les nouveaux tours ne sont pas plus difficiles pour les chiens âgés, selon les chercheurs du Clever Dog Lab de l'Institut de recherche Messerli à Vienne. Zsófia Virányi, spécialiste de la cognition comparée, et son ancienne élève, Durga Chapagain, ont fait passer à 119 chiens de compagnie une série de 11 tests de cognition comprenant des tâches telles que la visualisation d'images, le jeu, la recherche de nourriture cachée et la manipulation de jouets. Ils ont constaté que des caractéristiques telles que la capacité à résoudre des problèmes, l'audace et l'enjouement diminuaient de manière prévisible avec l'âge. Mais dans une tâche où les chiens devaient apprendre à établir un contact visuel avec le dresseur après avoir trouvé et mangé un morceau de saucisse tombé sur le sol, un comportement récompensé par un autre morceau de saucisse, les chiens plus âgés ont obtenu d'aussi bons résultats.

Cela montre qu'il ne faut pas sous-estimer les capacités mentales des chiens âgés, affirme Mme Chapagain. Lorsque les chiens vieillissent, "nous sommes moins enclins à jouer avec eux", dit-elle, mais ils peuvent avoir la même motivation que les chiens plus jeunes pour continuer à apprendre (du moins lorsqu'il s'agit de saucisses). "Ils sont capables de beaucoup plus que nous ne le pensons". Les gens devraient garder leurs compagnons canins engagés dans des exercices mentaux comme l'entraînement aux tours et le travail du nez comme cacher des friandises pour un jeu de reniflage et de recherche tout au long de leur vie, ajoute Piotti. "Tout ce qui peut amener le chien à réfléchir un peu".

L'opportunité pour les chiens âgés est ce qui a motivé Titania Juang à inscrire son chien Cash au projet de vieillissement des chiens en 2019. Depuis son adoption en sauvetage en 2010 à l'âge de 2 ou 3 ans, se souvient Juang, Cash était un personnage excentrique, préférant les fruits et légumes à la viande. "Il aimait marcher très lentement... s'arrêtant littéralement pour sentir les fleurs, regardant au loin", dit-elle. Même lorsqu'il était jeune, se souvient Juang, il se comportait un peu comme un vieil homme.

Cash est décédé en 2021, mais sa contribution scientifique canine perdure, aidant la science et la médecine à progresser. Cela apporte un certain réconfort à Juang. "Il n'est plus là, mais cela ajoute plus de valeur à son temps avec nous".

Kaeberlein peut compatir à la perte d'un animal de compagnie âgé et adoré. Il a toujours eu des chiens dans sa famille, mais ses deux passions - les chiens de compagnie et la recherche sur le vieillissement - ne se sont réunies que récemment. Malheureusement, Kaeberlein a perdu deux de ses trois chiens pendant la pandémie. Reste Dobby, un berger allemand qui participe au projet sur le vieillissement des chiens. Nommé ainsi en raison de son apparence d'elfe lorsqu'il était chiot, Dobby est tout ouïe. Et Kaeberlein aussi, pour voir quels secrets scientifiques la recherche sur le vieillissement des chiens révèle au fil du temps.

Note de la rédaction : le 29 juillet, les détails de l'essai à petite échelle sur 24 chiens de compagnie ont été modifiés afin de mieux décrire la relation entre cet essai et la genèse du projet sur le vieillissement des chiens.

Traduit et publié avec l'aimable autorisation de Knowable Magazine. L'article original est à retrouver ICI.