Un regard sur la façon dont nos cerveaux organisent les souvenirs au fil du temps

La recherche sur l'organisation de notre mémoire est depuis longtemps un sujet de fascination parmi les neuroscientifiques car cela pourrait conduire à des traitements pour inverser les déficiences cognitives. Ici, nous passons en revue quelques découvertes récentes sur la façon dont la mémoire est organisée qui montrent l'importance d'une «vague» coordonnée d'activité neuronale dans la navigation spatiale, et la nature temporelle sous-jacente à la façon dont les souvenirs liés sont codés.

À cette fin, les résultats décrits ici mettent en évidence le rôle crucial et variable de l’hippocampe - le centre de la mémoire du cerveau - dans la formation et la consolidation de nos souvenirs, et par extension de notre sens de l’identité.

Diriger l ’« orchestre »neuronal du cerveau: des cartes spatiales dans l’œil de notre esprit

Pour une souris, comment une carte de l'espace est-elle mise à jour et produite lorsqu'elle navigue dans son environnement? Dans une étude récente, les scientifiques rapportent pour la première fois que la zone centrale de l'hippocampe CA1 dans le cerveau de la souris est responsable de cette carte - et que cela se produit via l'entrée d'ondes neurales des régions du cerveau à proximité. Pour le démontrer, la zone hippocampique CA3 située à proximité de CA1 a été manipulée de telle sorte que son entrée a été désactivée. En effet, lorsque la saisie a été arrêtée, il y a eu un brouillage important des cartes mises à jour.

Dans cette étude, des souris ont été génétiquement modifiées pour exprimer une toxine dans CA3 qui a arrêté la fonction des jonctions synaptiques reliant CA3 à d'autres zones du cerveau. Cela ne modifie pas l'activité neuronale mais supprime la communication entre les synapses et a permis aux scientifiques d'étudier ce qui arrive à la carte spatiale dans CA1 lorsque l'entrée CA3 a été éliminée.

Ensuite, le courant électrique des neurones individuels et le courant électrique total d'un plus grand groupe de neurones (appelés potentiels de champ local) ont été enregistrés pendant que les souris couraient sur une piste. Les scientifiques seraient alors en mesure de mesurer chaque cycle thêta, ou le temps pendant lequel la carte spatiale neurale dans l'hippocampe a été mise à jour comme déterminé par l'activité des souris.

Bien que les souris transgéniques n'aient eu aucune difficulté à effectuer une tâche de navigation et que les signaux neuronaux uniques puissent représenter avec précision les informations spatiales, la principale conclusion était qu'il y avait des erreurs claires dans l'organisation de ces signaux neuronaux au niveau de la population mondiale. Une simple analogie pour illustrer cela serait que l'élimination de l'entrée de CA3 à CA1 n'a pas modifié la «musique» neuronale mais a plutôt supprimé le «conducteur».

Cette étude est la première à mettre en lumière les circuits reliant des ensembles de cellules de lieu (un type de neurone de l'hippocampe impliqué dans la navigation spatiale) et comment ils se mettent à jour. Plus précisément, la suppression de l'entrée CA3 entraverait la capacité de prédire l'emplacement spatial. Cela met en évidence l'importance cruciale de l'activation séquentielle des neurones pour nous assurer que nous pouvons organiser les souvenirs dans le temps.

Nous voyons ici que «l'orchestre» neuronal a besoin du «chef d'orchestre» sous forme d'entrée CA3, et que les neurones individuels de l'hippocampe ne suffisent pas à générer une carte fonctionnelle de l'espace. Cela met l'accent sur l'interdépendance des stratégies qui déterminent le codage des neurones. Notamment, il y avait une réduction marquée des oscillations neurales qui étaient typiques de la communication de CA3 à CA1. Étant donné que de telles perturbations ont été précédemment liées à des maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer, les travaux futurs sur l’organisation du rythme cérébral pourraient ainsi améliorer la compréhension de l’organisation des circuits du cerveau dans ces maladies.

Perdre des liens entre des souvenirs connexes à mesure que nous vieillissons - cela peut-il être inversé?

Dans une autre étude, un groupe de scientifiques a utilisé un minuscule microscope (surnommé le miniscope) pour visualiser le cerveau à travers une fenêtre miniature et étudier comment les souvenirs dans le cerveau sont liés au fil du temps.Bien que de telles connexions soient progressivement affaiblies avec l'âge, ces scientifiques ont pu créer un moyen permettant de reconnecter des souvenirs séparés dans le cerveau de la souris d'âge moyen. Surtout, cela a un vaste potentiel de développement dans un traitement pour les patients atteints de démence liée à l'âge.

Le miniscope monté sur la tête utilisé dans cette étude a permis aux scientifiques de visualiser les neurones tirant dans le cerveau alors que les souris étaient autorisées à se déplacer librement. Trois boîtes uniques ont été utilisées pour cette étude, et la première partie de l'étude impliquait de jeunes souris. Ici, chaque souris a été placée dans les trois pendant 10 minutes par session. Le placement dans les première et deuxième cases était séparé d'une semaine tandis que celui des deuxième et troisième cases n'était séparé que de cinq heures. De plus, la souris a reçu un choc dans la troisième boîte.

Après deux jours, chaque souris a été replacée dans les trois boîtes. Sans surprise, les souris ont gelé de peur en reconnaissant les caractéristiques de la troisième boîte. Cependant, ce qui était intriguant était que la souris gelait également lorsqu'elle était placée dans la deuxième boîte malgré le fait qu'aucun choc n'avait été administré dans cette boîte auparavant. Cela suggère que le souvenir du choc a été transféré de la troisième boîte à l'expérience de la deuxième boîte qui a eu lieu cinq heures auparavant.

Une expérience similaire a ensuite été réalisée avec des souris d'âge moyen en utilisant deux boîtes, à cinq heures d'intervalle, et dans laquelle un choc a été administré dans la deuxième boîte. Il a été constaté que ces souris plus âgées n'ont gelé que dans la deuxième boîte où elles ont été choquées, et non dans la première boîte. À cet égard, le Miniscope a constaté que les deux mémoires n'étaient pas liées et avaient plutôt des circuits neuronaux codés séparément. De manière plus frappante, cela indique que le vieillissement affaiblit la capacité des neurones à être excités et à coder une mémoire.

La découverte la plus intéressante de cette étude est peut-être que ces connexions perdues pourraient en fait être sauvées. Dans la série d'expériences suivante, les scientifiques ont d'abord excité des neurones dans une région de l'hippocampe avant de placer les souris dans la première boîte. Les souris ont ensuite été introduites dans la première et la deuxième boîte, où un choc au pied a été administré après deux jours. Lors de la réintroduction dans la première boîte, les souris ont gelé en reliant le choc dans la deuxième boîte à la première, ce qui implique qu'une excitabilité neuronale améliorée a sauvé la détérioration liée à l'âge dans la liaison de la mémoire.

Il est particulièrement pertinent de noter que les souvenirs ne se produisent pas isolément dans la vie réelle, étant donné que les expériences passées affectent la façon dont de nouveaux souvenirs se forment et influencent nos processus de prise de décision dans le futur. Espérons que la recherche dans ce domaine aidera un jour les personnes atteintes de déclin cognitif lié à l'âge en termes d'amélioration de leurs capacités à se connecter et à conserver leurs souvenirs.

Références

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Cet article invité a été initialement publié sur le blog primé sur la santé et la science et sur la communauté sur le thème du cerveau, BrainBlogger: Comment le cerveau organise-t-il les souvenirs à travers le temps?