Des recherches récentes révèlent que notre capacité à distinguer des souvenirs similaires s’améliore avec le temps en raison de la nature dynamique des engrammes, des cellules cérébrales impliquées dans le stockage de la mémoire. Cette découverte fournit des informations clés sur le traitement des troubles de la mémoire. Crédit : Issues.fr.com
Les neuroscientifiques démontrent comment le cerveau améliore sa capacité à distinguer des expériences similaires, découvertes qui pourraient conduire à des traitements pour Alzheimer maladies et autres troubles de la mémoire.
Pensez à un moment où vous avez vécu deux expériences différentes mais similaires sur une courte période. Peut-être avez-vous assisté à deux fêtes de fin d’année au cours de la même semaine ou fait deux présentations au travail. Peu de temps après, vous pourriez vous retrouver à confondre les deux, mais avec le temps, cette confusion s’estompe et vous êtes mieux à même de faire la différence entre ces différentes expériences.
Nouvelle recherche publiée aujourd’hui (19 janvier) dans Neurosciences naturelles révèle que ce processus se produit au niveau cellulaire, découvertes essentielles à la compréhension et au traitement des troubles de la mémoire, tels que la maladie d’Alzheimer.
Les engrammes dynamiques stockent des souvenirs
La recherche se concentre sur les engrammes, qui sont des cellules neuronales du cerveau qui stockent les informations liées à la mémoire. « Les engrammes sont les neurones qui sont réactivés pour soutenir le rappel de la mémoire », explique Dheeraj S. Roy, PhD, l’un des auteurs principaux de l’article et professeur adjoint au Département de physiologie et de biophysique de la Jacobs School of Medicine and Biomedical Sciences de la Université de Buffalo. « Lorsque les engrammes sont perturbés, vous souffrez d’amnésie. »
Dans les minutes et les heures qui suivent immédiatement une expérience, explique-t-il, le cerveau a besoin de consolider l’engramme pour le stocker. « Nous voulions savoir : que se passe-t-il pendant ce processus de consolidation ? Que se passe-t-il entre le moment où un engramme est formé et le moment où vous devez rappeler ce souvenir plus tard ?
Dheeraj Roy, PhD, professeur adjoint au Département de physiologie et de biophysique de la Jacobs School of Medicine and Biomedical Sciences de l’UB, est l’auteur principal d’un nouvel article qui explique certains aspects du fonctionnement de la mémoire au niveau cellulaire. Crédit : Sandra Kicman/École Jacobs de médecine et des sciences biomédicales
Les chercheurs ont développé un modèle informatique pour l’apprentissage et la formation de la mémoire qui commence par les informations sensorielles, qui constituent le stimulus. Une fois que cette information parvient à l’hippocampe, la partie du cerveau où se forment les souvenirs, différents neurones sont activés, dont certains sont excitateurs et d’autres inhibiteurs.
Lorsque les neurones sont activés dans l’hippocampe, ils ne fonctionnent pas tous en même temps. À mesure que les souvenirs se forment, les neurones qui sont activés de manière rapprochée dans le temps deviennent une partie de l’engramme et renforcent leur connectivité pour prendre en charge le rappel futur.
« L’activation des cellules d’engramme pendant le rappel de mémoire n’est pas un processus tout ou rien mais doit généralement atteindre un seuil (c’est-à-dire un pourcentage de l’engramme d’origine) pour un rappel efficace », explique Roy. « Notre modèle est le premier à démontrer que la population d’engrammes n’est pas stable : le nombre de cellules d’engrammes activées lors du rappel diminue avec le temps, ce qui signifie qu’elles sont de nature dynamique. La prochaine question cruciale était donc de savoir si cela avait une conséquence comportementale. .»
Des engrammes dynamiques sont nécessaires pour la discrimination de la mémoire
« Au cours de la période de consolidation qui suit l’apprentissage, le cerveau travaille activement pour séparer les deux expériences et c’est peut-être l’une des raisons pour lesquelles le nombre de cellules engrammes activées diminue avec le temps pour un seul souvenir », dit-il. « Si c’est vrai, cela expliquerait pourquoi la discrimination de la mémoire s’améliore avec le temps. C’est comme si votre souvenir de l’expérience était au départ une grande autoroute, mais au fil du temps, au cours de la période de consolidation de l’ordre de quelques minutes à quelques heures, votre cerveau les divise en deux voies afin que vous puissiez faire la distinction entre les deux.
Roy et les expérimentateurs de l’équipe disposaient désormais d’une hypothèse vérifiable, qu’ils ont réalisée à l’aide d’une expérience comportementale bien établie avec des souris. Les souris ont été brièvement exposées à deux boîtes différentes présentant des odeurs et des conditions d’éclairage uniques ; l’une était un environnement neutre, mais dans la deuxième case, ils ont reçu un léger choc au pied.
Quelques heures après cette expérience, les souris, qui sont généralement constamment en mouvement, ont manifesté une mémoire de peur en se figeant lorsqu’elles étaient exposées à l’une ou l’autre des boîtes. « Cela démontrait qu’ils ne pouvaient pas faire de distinction entre les deux », explique Roy. « Mais à douze heures, tout d’un coup, ils n’ont manifesté leur peur que lorsqu’ils ont été exposés à la boîte où ils se sentaient mal à l’aise lors de leur toute première expérience. Ils ont pu faire la distinction entre les deux. L’animal nous dit qu’il sait que cette boîte est effrayante, mais cinq heures plus tôt, il ne pouvait pas le faire.
Grâce à une technique sensible à la lumière, l’équipe a pu détecter des neurones actifs dans l’hippocampe de la souris alors que l’animal explorait les boîtes. Les chercheurs ont utilisé cette technique pour marquer les neurones actifs et mesurer plus tard combien d’entre eux ont été réactivés par le cerveau pour rappel. Ils ont également mené des expériences qui ont permis de suivre une seule cellule d’engramme à travers les expériences et le temps. « Je peux donc vous dire littéralement comment une cellule d’engramme ou un sous-ensemble d’entre elles a répondu à chaque environnement au fil du temps et corréler cela à leur discrimination mnésique », explique Roy.
Les premières études informatiques de l’équipe avaient prédit que le nombre de cellules engrammes impliquées dans une seule mémoire diminuerait avec le temps, et les expériences sur les animaux l’ont confirmé.
« Lorsque le cerveau apprend quelque chose pour la première fois, il ne sait pas combien de neurones sont nécessaires et c’est pourquoi un sous-ensemble plus important de neurones est volontairement recruté », explique-t-il. « À mesure que le cerveau stabilise les neurones, consolidant la mémoire, il supprime les neurones inutiles, il en faut donc moins et, ce faisant, aide à séparer les engrammes pour différentes mémoires. »
Que se passe-t-il avec les troubles de la mémoire ?
Les résultats sont directement pertinents pour comprendre ce qui ne va pas dans les troubles de la mémoire, tels que la maladie d’Alzheimer. Roy explique que pour développer des traitements pour de tels troubles, il est essentiel de savoir ce qui se passe lors de la formation initiale de la mémoire, de la consolidation et de l’activation des engrammes pour le rappel.
« Cette recherche nous indique qu’une cause très probable du dysfonctionnement de la mémoire est qu’il y a quelque chose qui ne va pas avec la première fenêtre après la formation de la mémoire où les engrammes doivent changer », explique Roy.
Il étudie actuellement des modèles murins de la maladie d’Alzheimer précoce pour découvrir si des engrammes se forment mais ne sont pas correctement stabilisés. Maintenant que l’on en sait davantage sur la façon dont les engrammes fonctionnent pour former et stabiliser les souvenirs, les chercheurs peuvent examiner quels gènes changent dans le modèle animal lorsque la population d’engrammes diminue.
« Nous pouvons examiner des modèles de souris et nous demander : y a-t-il des gènes spécifiques qui sont modifiés ? Et si c’est le cas, alors nous avons enfin quelque chose à tester, nous pouvons moduler le gène pour ces ‘processus de raffinement ou de consolidation des engrammes pour voir si cela joue un rôle dans l’amélioration des performances de la mémoire », dit-il.
Maintenant à la Jacobs School, Roy a mené la recherche alors qu’il était McGovern Fellow au Broad Institute of Massachusetts Institute of Technology (MIT) et l’Université Harvard. Roy est l’un des trois neuroscientifiques recrutés à l’école Jacobs cette année pour lancer une nouvelle spécialisation en neurosciences systémiques au sein du département de physiologie et de biophysique de l’école.
Les co-auteurs de l’article viennent de l’Imperial College de Londres ; l’Institut des sciences et technologies d’Autriche ; l’Institut McGovern pour la recherche sur le cerveau du MIT ; et le Centre des sciences de la vie et l’Institut IDG/McGovern pour la recherche sur le cerveau de l’Université Tsinghua en Chine.
Le travail a été financé par la bourse de doctorat du Président de collège impérial de Londres; Bienvenue Trust ; le Conseil de recherche en biotechnologie et en sciences biologiques ; la Fondation Simons; le Conseil de recherche en génie et en sciences physiques ; l’École des sciences de la vie et l’IDG/McGovern Institute for Brain Research. Roy a été soutenu par le Warren Alpert Distinguished Scholar Award et le Instituts nationaux de la santé.
