Des recherches récentes sur la mémoire de reconnaissance visuelle (VRM) ont permis de mieux comprendre comment le cerveau fait la distinction entre les stimuli familiers et nouveaux. Des découvertes contradictoires apparues au fil des années ont été réconciliées, révélant qu’une augmentation des potentiels évoqués visuellement (PEV) correspond en réalité à une diminution globale de l’activité neuronale, car le cerveau identifie rapidement les stimuli familiers et supprime ensuite toute autre activité qui leur est liée.
Les scientifiques ont investi des décennies pour comprendre pourquoi notre vision est si efficace pour reconnaître ce qui nous est familier. Une nouvelle étude surmonte une divergence apparente dans les données pour révéler un nouvel aperçu de son fonctionnement.
Parce que déterminer ce qui est nouveau et ce qui est familier dans ce que nous voyons est une capacité d’une importance cruciale pour prioriser notre attention, les neuroscientifiques ont passé des décennies à essayer de comprendre pourquoi notre cerveau est généralement si bon dans ce domaine. En cours de route, ils ont fait des observations clés qui semblent carrément contradictoires, mais une nouvelle étude montre que les mesures mystifiantes sont en réalité les deux faces d’une même médaille, ouvrant la voie à une compréhension longtemps recherchée de la « mémoire de reconnaissance visuelle » (VRM). .
VRM est la capacité de reconnaître rapidement les éléments familiers dans les scènes, qui peuvent ensuite être dépriorisés afin que nous puissions nous concentrer sur les nouveaux éléments qui pourraient être plus importants à un moment donné. Imaginez que vous entrez dans votre bureau à domicile un soir pour répondre à un e-mail urgent et tardif. Vous y voyez tous les meubles et équipements habituels – ainsi qu’un cambrioleur. VRM vous permet de vous concentrer sur le cambrioleur, et non sur vos étagères ou votre lampe de bureau.
« Pourtant, nous n’avons pas encore une idée claire de la façon dont cette forme fondamentale d’apprentissage est mise en œuvre dans le cerveau des mammifères », écrivent le professeur Mark Bear de Picower et les autres auteurs d’une nouvelle étude menée dans le cadre de l’étude. Journal des neurosciences.
Résultats contradictoires dans VRM
Dès 1991, des chercheurs ont découvert que lorsque les animaux voyaient quelque chose de familier, les neurones du cortex, ou couche externe de leur cerveau, étaient moins activés que s’ils voyaient quelque chose de nouveau ; deux des auteurs de cette étude sont devenus plus tard les collègues de Bear à MIT, le professeur Picower Earl K. Miller et le professeur Doris et Don Berkey Bob Desimone. Mais en 2003, le laboratoire de Bear a observé le contraire : les souris présentaient en fait une forte augmentation de l’activité neuronale dans la région visuelle primaire du cortex lorsqu’un stimulus familier était projeté devant l’animal. Ce pic d’activité est appelé « potentiel évoqué visuellement » (PEV), et le laboratoire de Bear a depuis montré que l’augmentation des PEV est un indicateur solide du VRM.
Les données d’une nouvelle recherche du MIT montrent une augmentation forte mais brève de l’activité neuronale – un potentiel évoqué visuellement – lorsqu’un modèle de stimulus est présenté à une souris (ligne verticale orange vif à environ 80 millisecondes). Notamment, lorsqu’un stimulus est familier, l’activité diminue considérablement (couleurs plus froides) après cette augmentation transitoire. Crédit : Avec l’aimable autorisation du Bear Lab
Les résultats de la nouvelle étude, dirigée par Dustin Hayden PhD ’22, ancien étudiant diplômé de Bear Lab, et Peter Finnie, postdoctorant, expliquent comment les VEP augmentent même dans un contexte de déclin global de la réponse neuronale aux stimuli familiers (comme l’ont vu Miller et Desimone), dit Bear. . Ils expliquent également davantage les mécanismes qui sous-tendent le VRM : l’augmentation momentanée d’un VEP peut être une excitation qui recrute l’inhibition, supprimant ainsi l’activité globale.
Nouvelles connaissances sur les mécanismes cérébraux
Le laboratoire de Bear évoque les VEP en montrant aux souris une grille rayée en noir et blanc dans laquelle les rayures changent périodiquement de teinte de sorte que le motif semble s’inverser. Pendant plusieurs jours, alors que les souris voient ce modèle de stimulus, les VEP augmentent, un corrélat fiable du fait que les souris se familiarisent avec ce modèle et s’y intéressent moins. Depuis 20 ans, le laboratoire de Bear étudie la manière dont les synapses impliquées dans le VRM changent en étudiant un phénomène qu’ils ont surnommé « plasticité de la réponse sélective au stimulus » (SRP).
Les premières études avaient suggéré que la SRP se produisait parmi les neurones excitateurs de la couche 4 du cortex visuel et pourrait spécifiquement nécessiter l’activation moléculaire de leurs récepteurs NMDA. Le laboratoire avait constaté que la suppression des récepteurs dans le cortex visuel empêchait l’augmentation des VEP et donc du SRP, mais un suivi réalisé en 2019 a révélé que leur suppression uniquement dans la couche 4 n’avait aucun effet. Ainsi, dans la nouvelle étude, ils ont décidé d’étudier les VEP, SRP et VRM dans l’ensemble du cortex visuel, couche par couche, à la recherche de leur fonctionnement.
Ce qu’ils ont découvert, c’est que bon nombre des caractéristiques du VRM, y compris les VEP, se produisent dans toutes les couches du cortex, mais qu’elles semblent dépendre des récepteurs NMDA d’une population de neurones excitateurs de la couche 6, et non de la couche 4. C’est une découverte intrigante. , disent les auteurs, parce que ces neurones sont bien connectés au thalamus (une région cérébrale plus profonde qui relaie les informations sensorielles) et aux neurones inhibiteurs de la couche 4, où ils ont mesuré pour la première fois les VEP. Ils ont également mesuré les changements dans les ondes cérébrales dans chaque couche, confirmant une découverte antérieure selon laquelle lorsque le modèle de stimulus est nouveau, les oscillations dominantes des ondes cérébrales se situent à une fréquence « gamma » plus élevée qui dépend d’un type de neurone inhibiteur, mais à mesure qu’elle devient plus élevée. familier, les oscillations se déplacent vers une fréquence « bêta » plus faible qui dépend d’une population inhibitrice différente.
Résoudre les contradictions
Les enregistrements électrophysiologiques rigoureux et précis de l’activité électrique neuronale dans les différentes couches de l’équipe ont également révélé une résolution potentielle à la contradiction entre les VEP et les mesures de laboratoires comme celui de Miller et Desimone.
« Ce que révèle ce document, c’est que tout le monde a raison », ironise Bear.
Comment ça? Les nouvelles données montrent que les VEP sont des pics d’activité électrique neuronale très prononcés mais transitoires qui se produisent au milieu d’une accalmie globale d’activité plus large. Les études précédentes n’ont reflété que la diminution globale car elles n’avaient pas la résolution temporelle nécessaire pour détecter le bref pic. L’équipe de Bear, quant à elle, suit les VEP depuis des années mais ne s’est pas nécessairement concentrée sur l’accalmie ambiante.
Les nouvelles preuves suggèrent que ce qui se passe, c’est que le VEP est un signe d’activité cérébrale reconnaissant rapidement un stimulus familier et déclenchant ensuite une inhibition de l’activité qui y est liée.
« Ce qui me semble passionnant, c’est que cela met soudainement en lumière le mécanisme, car ce n’est pas que le codage de la familiarité s’explique par la dépression des synapses excitatrices », explique Bear. « Cela semble plutôt s’expliquer par la potentialisation des synapses excitatrices sur les neurones qui recrutent ensuite l’inhibition dans le cortex. »
Même si elle fait progresser la compréhension de la manière dont le VRM apparaît, l’étude laisse encore des questions ouvertes, notamment sur les circuits exacts impliqués. Par exemple, la contribution exacte des neurones du circuit de couche 6 n’est pas encore claire, dit Bear. Et ainsi, la quête continue.
Outre Hayden, Finnie et Bear, les autres auteurs de l’article sont Aurore Thomazeau, Alyssa Li et Samuel Cooke.
L’Institut national de l’oeil du Instituts nationaux de la santéle ministère américain de l’Énergie, le Picower Institute et la Fondation JPB ont financé l’étude.
