Une nouvelle étude clarifie les observations contradictoires passées sur la mémoire de reconnaissance visuelle (VRM), montrant qu’une augmentation des potentiels évoqués visuels (PEV) lors de la reconnaissance de stimuli familiers signale le processus d’identification rapide du cerveau, conduisant finalement à une diminution de l’activité neuronale globale.
Puisqu’il est essentiel de déterminer ce que nous observons comme nouveau ou familier pour prioriser notre attention, les neuroscientifiques ont consacré des années à comprendre pourquoi notre cerveau excelle dans cette tâche.
Au cours de leurs recherches, ils ont rencontré des résultats apparemment contradictoires. Cependant, une étude récente révèle que ces résultats déroutants 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.
Les données de l’article montrent une augmentation forte mais brève de l’activité neuronale – un potentiel évoqué visuellement – lorsqu’un modèle de stimulus est présenté à une souris à environ 80 millisecondes (ligne verticale orange vif). Notamment lorsqu’un stimulus est familier, l’activité diminue considérablement (couleurs plus froides) après cette augmentation transitoire. Crédit : Bear Lab/Institut MIT Picower
« Pourtant, nous n’avons pas encore une idée claire de la manière dont cette forme fondamentale d’apprentissage est mise en œuvre dans le cerveau des mammifères », ont écrit le professeur Mark Bear de Picower et les autres auteurs de la nouvelle étude de l’étude. Journal des neurosciences.
Dès 1991, des chercheurs ont découvert que lorsque les animaux voyaient quelque chose de familier, les neurones du cortex, ou de la 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 au MIT, Picower, professeur Earl K. Miller et Doris et Don Berkey, professeur 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 résultats de la nouvelle étude, dirigée par Dustin Hayden et Peter Finnie, anciens postdoctorants de Bear Lab, 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), a déclaré 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.
Nouvelle compréhension
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 réponse sélective au stimulus » (SRP).
Les premières études suggèrent que la SRP se produit 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. , ont déclaré 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.
Une courte pointe au milieu d’une longue accalmie
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 », a plaisanté 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 la VEP est le signe d’une activité cérébrale qui reconnaît rapidement un stimulus familier et déclenche 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 », a déclaré 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, a déclaré 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 Picower Institute for Learning and Memory et la Fondation JPB ont financé l’étude.
