Le système de mémoire alterne entre des temps d’apprentissage et de remémoration. Ces deux fonctions mettent en action des circuits neuronaux bien distincts. Des scientifiques de l’Institut Pasteur ont identifié un signal neuronal dans l’hippocampe d’un modèle animal, une région du cerveau essentielle à la formation et à la remémoration des souvenirs, qui entraine le passage d’un état à l’autre. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications, le 15 juillet 2022.
Le cerveau utilise constamment les informations mémorisées afin d’interpréter le monde qui l’entoure. Toutefois, lorsque l’organisme rencontre des objets et des événements pour la première fois, le cerveau doit être prêt à apprendre. Ces deux fonctions essentielles au système de mémoire de notre cerveau, la remémoration et l’apprentissage, font appels à des signaux neuronaux opposés qui semblent être en conflit permanent. « Comment le cerveau parvient-il à trouver l’équilibre entre ces deux processus opposés ? C’est une question qui fascine les neuroscientifiques depuis très longtemps », explique Christoph Schmidt-Hieber, responsable du laboratoire Circuits neuronaux de la navigation et de la mémoire spatiales à l’Institut Pasteur.
Pour répondre à cette question, les scientifiques de l’Institut Pasteur ont enregistré l’activité cérébrale de souris en train d’explorer des environnements de réalité virtuelle. « Nous nous sommes rendu compte que le principal obstacle à l’étude de la réaction du cerveau face à la nouveauté était la réalité physique elle-même ! », explique Ruy Gómez-Ocádiz, doctorant du laboratoire, et premier auteur de l’étude. Il est presque impossible d’étudier l’effet de la nouveauté absolue sur le cerveau dans le cadre d’une expérience classique. Il faudrait pouvoir changer instantanément tout ce qu’un animal est en train de percevoir. « La technologie de réalité virtuelle a été la clé de notre protocole expérimental. C’est le moyen que nous avons utilisé pour « téléporter » une souris dans un autre environnement tout en enregistrant son activité cérébrale », poursuit Ruy Gómez-Ocádiz.
Les chercheurs ont ainsi développé un jeu vidéo très simple dans lequel les souris apprennent à explorer différents mondes virtuels et obtiennent des récompenses sous forme de sucre lorsqu’elles suivent correctement les règles du jeu. Dans le même temps, ils enregistraient l’activité des neurones dans l’hippocampe, une région du cerveau essentielle à la formation et à la remémoration des souvenirs.
Grâce à cette approche innovante, les scientifiques ont découvert un signal électrique, généré dans l’hippocampe au moment précis où l’animal est téléporté dans un nouveau monde virtuel. Le signal est émis par des cellules granulaires et est déclenché par un facteur de nouveauté. Il induit le passage d’un état neuronal de remémoration à un état d’apprentissage.
En collaboration avec des physiciens de l’École normale supérieure, de l’université Paris Sciences & Lettres, et du CNRS, les scientifiques ont ensuite développé un modèle mathématique qui propose d’expliquer comment ce signal, sorte d’interrupteur de l’activité neuronale, permet au cerveau d’alterner entre le « mode remémoration » et le « mode apprentissage » en fonction des informations présentes dans l’environnement. « La découverte de ce signal de nouveauté dans l’hippocampe nous apporte un éclairage inédit sur la façon dont le cerveau trouve l’équilibre indispensable entre la formation de nouveaux souvenirs et la remémoration de souvenirs existants », conclut Christoph Schmidt-Hieber
Cette étude a été financée par les organismes cités plus haut, par le Conseil européen de la recherche (ERC) et par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR).
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Observation du gyrus denté dans l'hippocampe d’un modèle murin. |
Source :
A synaptic signal for novelty processing in the hippocampus, Nature Communications, 15 juillet 2022
Ruy Gómez-Ocádiz 1,2,4, Massimiliano Trippa3, Chun-Lei Zhang 1, Lorenzo Posani 1,5, Simona Cocco 3, Rémi Monasson3 & Christoph Schmidt-Hieber 1
1 Institut Pasteur, Université Paris Cité, Neural Circuits for Spatial Navigation and Memory, Department of Neuroscience, F-75015 Paris, France.
2 Sorbonne Université, Collège Doctoral, F-75005 Paris, France.
3 Laboratory of Physics of the École Normale Supérieure, PSL Research and CNRS UMR 8023, Sorbonne Université, Université de Paris, F-75005 Paris, France.
4 Present address: Department of Neuroscience, Karolinska Institutet, 17177 Stockholm, Sweden.
5 Present address: Center for Theoretical Neuroscience, Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute, Columbia University, New York, NY, USA.
