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"Comment le cerveau se souvient du bon endroit et du bon moment : des nouveaux résultats de recherches pourraient conduire à de nouvelles façons d’améliorer la mémoire des personnes atteintes d’un traumatisme crânien ou de la maladie d’Alzheimer"

Traduction et compléments de Jacques Hallard

mercredi 16 décembre 2020, par Science Daily



ISIAS Neurosciences Santé

Comment le cerveau se souvient du bon endroit et du bon moment : des nouveaux résultats de recherches pourraient conduire à de nouvelles façons d’améliorer la mémoire des personnes atteintes d’un traumatisme crânien ou de la maladie d’Alzheimer

Traduction du 15 décembre 2020 par Jacques Hallard d’un article publié par ‘sciencedaily.com’ sous le titre «  How the brain remembers right place, right time  » : original à consulter sur ce site : https://www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201208163021.htm

Origine de l’information : ‘UT Southwestern Medical Center’, École médicale du Sud-Ouest de l’université du Texas. Selon Wikipédia, « L’École médicale du Sud-Ouest de l’université du Texas (University of Texas Southwestern Medical School) est un établissement fondé en 1943 à Dallas. Elle occupe le même campus que la Faculté de médecine du Sud-Ouest, l’École diplômante du sud-ouest de sciences biomédicales, l’École du Sud-Ouest des professions de santé, cinq hôpitaux affiliés (le Parkland Memorial Hospital, le Children’s Medical Center, l’University Medical Centre Brackenridge, le Zale Lipshy University Hospital, et le St. Paul University Hospital), ainsi que le centre de soins ambulatoires Aston. En 2008, l’École médicale du Sud-Ouest de l’université du Texas a reçu 1 994 480 $ de la Fondation Donald W. Reynolds : l’université et ses hôpitaux affiliés mettront en œuvre un programme novateur d’éducation en gériatrie axé sur les soins et la sécurité des patients, dénommé programme SAGE… » - Source

Résumé

Deux nouvelles études jettent un éclairage nouveau sur la façon dont le cerveau encode le temps et le lieu dans les souvenirs. Les résultats, non seulement enrichissent le corpus de la recherche fondamentale sur la mémoire, mais ils pourraient éventuellement servir de base à de nouveaux traitements pour lutter contre la perte de mémoire due à des maladies telles que les traumatismes crâniens ou la maladie d’Alzheimer.

Brain on map, concept | Credit : © alswart / stock.adobe.com

Illustration du concept : un cerveau sur une carte, (stock image). Crédit : © alswart / stock.adobe.com

Deux études menées par des chercheurs de l’École médicale du Sud-Ouest de l’université du Texas (UT Southwestern) jettent un éclairage nouveau sur la façon dont le cerveau code le temps et le lieu dans les souvenirs. Les résultats, publiés récemment dans les revues scientifiques ‘PNAS’ et ‘Science’, non seulement enrichissent le corpus de la recherche fondamentale sur la mémoire, ils mais pourraient éventuellement fournir la base de nouveaux traitements pour lutter contre la perte de mémoire due à des maladies telles que les traumatismes crâniens ou la maladie d’Alzheimer.

Il y a environ dix ans, un groupe de neurones appelés « cellules du temps » a été découvert chez le rat. Ces cellules semblent jouer un rôle unique dans l’enregistrement des événements, permettant au cerveau de marquer correctement l’ordre de ce qui se passe dans une mémoire épisodique.

Situées dans l’hippocampe du cerveau, ces cellules présentent un modèle d’activité caractéristique pendant que les animaux codent et se souviennent des événements, explique Bradley Lega, M.D., professeur agrégé de chirurgie neurologique à l’UTSW et auteur principal de l’étude publiée dans PNAS. En tirant dans une séquence reproductible, ils permettent au cerveau de s’organiser lorsque des événements se produisent, dit Lega. Le moment de leur déclenchement est contrôlé par des ondes cérébrales de 5 Hz, appelées oscillations thêta, dans un processus appelé précession.

Lega a cherché à savoir si les humains avaient également des cellules de temps en utilisant une tâche de mémoire qui exigeait fortement des informations liées au temps. Lega et ses collègues ont recruté des volontaires de l’unité de surveillance de l’épilepsie de l’institut Peter O’Donnell Jr. Brain de l’École médicale du Sud-Ouest de l’université du Texas (UT Southwestern), où les patients épileptiques restent plusieurs jours avant une opération chirurgicale pour enlever les parties endommagées de leur cerveau qui provoquent des convulsions. Les électrodes implantées dans le cerveau de ces patients aident leurs chirurgiens à identifier précisément les foyers de crise et fournissent également des informations précieuses sur le fonctionnement interne du cerveau, explique Lega.

Tout en enregistrant l’activité électrique de l’hippocampe dans le cerveau de 27 volontaires, les chercheurs leur ont demandé de faire des tâches de « rappel gratuit » qui consistaient à lire une liste de 12 mots pendant 30 secondes, à faire un court problème de mathématiques pour les distraire de la répétition des listes, puis à tenter de se rappeler autant de mots de la liste que possible pendant les 30 prochaines secondes.

Cette tâche nécessite d’associer chaque mot à un segment de temps (la liste sur laquelle il figurait), ce qui a permis à Lega et à son équipe de rechercher des cellules de temps. Ce que l’équipe a trouvé était passionnant : non seulement ils ont identifié une population robuste de cellules temporelles, mais le déclenchement de ces cellules a prédit à quel point les individus étaient capables de relier les mots entre eux dans le temps (un phénomène appelé ‘clustering temporel’). Enfin, ces cellules semblent présenter une précession de phase chez l’homme, comme cela était prévu.

« Pendant des années, les scientifiques ont proposé que les cellules du temps soient comme la colle qui retient les souvenirs des événements de nos vies », selon Lega. « Cette découverte soutient spécifiquement cette idée d’une manière élégante ».’

Dans la deuxième étude parue dans la revue ‘Sciences’, Brad Pfeiffer, Ph.D., professeur adjoint de neurosciences, a dirigé une équipe de recherches sur les cellules concernant les lieux - une population de cellules de l’hippocampe chez les animaux et les humains qui enregistre où les événements se produisent. Les chercheurs savent depuis longtemps que lorsque les animaux empruntent un chemin qu’ils empruntaient auparavant, les neurones codant différents endroits le long du chemin se déclencheront en séquence, un peu comme les cellules temporelles se déclenchent dans l’ordre des événements temporels, explique Pfeiffer. En outre, alors que les rats explorent activement un environnement, les cellules de lieu sont en outre organisées en « mini-séquences » qui représentent un balayage virtuel des emplacements devant le rat. Ces balayages de type radar se produisent environ 8 à 10 fois par seconde et sont considérés comme un mécanisme cérébral permettant de prédire les événements ou les résultats à venir immédiatement.

Avant cette étude, on savait que lorsque les rats arrêtaient de courir, les cellules de lieux se réactivaient souvent en longues séquences qui semblaient rejouer l’expérience antérieure du rat, mais à l’inverse. Alors que ces événements de ’réécoute inversée’ étaient connus pour être importants pour la formation de la mémoire, on ne savait pas comment l’hippocampe était capable de produire de telles séquences. En effet, un travail considérable a indiqué que l’expérience devrait renforcer les séquences « à anticiper », mais affaiblir les événements de rediffusion inversée.

Pour déterminer comment ces souvenirs en arrière et en avant fonctionnent ensemble, Pfeiffer et ses collègues ont placé des électrodes dans les hippocampes de rats, puis leur ont permis d’explorer deux endroits différents : une arène carrée et une longue piste droite. Pour les encourager à se déplacer dans ces espaces, ils ont placé des puits avec du lait au chocolat à divers endroits. Ils ont ensuite analysé l’activité des cellules de lieu des animaux pour voir comment elle correspondait à leurs emplacements.

Des neurones particuliers se sont déclenchés alors que les rats erraient dans ces espaces, codant des informations sur le lieu. Ces mêmes neurones ont tiré dans la même séquence que les rats ont retracé leur chemin, et ils ont tiré périodiquement en sens inverse, alors qu’ils accomplissaient différentes étapes de leur voyage. Cependant, en examinant de plus près les données, les chercheurs ont découvert quelque chose de nouveau : lorsque les rats se déplaçaient dans ces espaces, leurs neurones présentaient non seulement des mini-séquences prédictives vers l’avant, mais aussi des mini-séquences rétrospectives. Les séquences avant et arrière alternaient les unes avec les autres, chacune ne prenant que quelques dizaines de millisecondes pour compléter.

« Pendant que ces animaux avançaient, leur cerveau basculait constamment entre s’attendre à ce qui allait se passer et se souvenir de ce qui venait de se passer, le tout dans des délais d’une fraction de seconde », dit Pfeiffer.

Pfeiffer et son équipe étudient actuellement les entrées que ces cellules reçoivent d’autres parties du cerveau et qui les amènent à agir selon ces schémas avant ou arrière. En théorie, dit-il, il pourrait être possible de détourner ce système pour aider le cerveau à se rappeler où un événement s’est produit avec plus de fidélité. De même, ajoute Lega, les techniques de stimulation pourraient éventuellement imiter la structuration précise des cellules temporelles pour aider les gens à se souvenir plus précisément des séquences temporelles d’événements. Selon d’autres études : « Au cours des dernières décennies, il y a eu une explosion de nouvelles découvertes sur la mémoire », ajoute-t-il. « La distance entre les découvertes fondamentales observées chez les animaux et la manière dont elles peuvent aider les gens se réduit maintenant ».

Source du document : le matériel (Materials) a été fourni par l’UT Southwestern Medical Center. Remarque : le contenu peut être modifié pour le style et la longueur

Références :

  • Mengni Wang, David J. Foster, Brad E. Pfeiffer. Alternating sequences of future and past behavior encoded within hippocampal theta oscillations. Science, 2020 ; 370 (6513) : 247 DOI : 10.1126/science.abb4151
  • Gray Umbach, Pranish Kantak, Joshua Jacobs, Michael Kahana, Brad E. Pfeiffer, Michael Sperling, Bradley Lega. Time cells in the human hippocampus and entorhinal cortex support episodic memory. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020 ; 117 (45) : 28463 DOI : 10.1073/pnas.2013250117
    Pour citer cette page : MLA APA Chicago è UT Southwestern Medical Center. ’How the brain remembers right place, right time : Studies could lead to new ways to enhance memory for those with traumatic brain injury or Alzheimer’s disease.’ ScienceDaily. ScienceDaily, 8 December 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/12/201208163021.htm

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Fichier : ISIAS Neurosciences Santé How the brain remembers right place, right time French version.3

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