Les neuroscientifiques ont établi au cours des dernières décennies l’idée selon laquelle certaines expériences quotidiennes sont converties par le cerveau en souvenirs permanents pendant le sommeil de la même nuit. Aujourd’hui, une nouvelle étude propose un mécanisme qui détermine quels souvenirs sont considérés comme suffisamment importants pour persister dans le cerveau jusqu’à ce que le sommeil les rende permanents.
Dirigée par des chercheurs de la NYU Grossman School of Medicine, la nouvelle étude porte sur des cellules cérébrales appelées neurones qui « s’enflamment » – provoquant des fluctuations dans l’équilibre de leurs charges positives et négatives – pour transmettre des signaux électriques qui codent les souvenirs. De grands groupes de neurones dans une région du cerveau appelée hippocampe se déclenchent ensemble selon des cycles rythmiques, créant des séquences de signaux à quelques millisecondes d’intervalle qui peuvent coder des informations complexes.
Appelés « ondulations aiguës », ces « cris » adressés au reste du cerveau représentent l’activation quasi simultanée de 15 % des neurones de l’hippocampe et doivent leur nom à la forme qu’ils prennent lorsque leur activité est capturée par des électrodes et enregistrée sur un ordinateur. graphique.
Alors que des études antérieures avaient établi un lien entre les ondulations et la formation de la mémoire pendant le sommeil, la nouvelle étude, publiée en ligne le 28 mars dans la revue Science, ont découvert que les événements diurnes suivis immédiatement de 5 à 20 ondulations brusques sont davantage rejoués pendant le sommeil et ainsi consolidés dans des souvenirs permanents. Les événements suivis de très peu, voire d’aucune ondulation brutale, n’ont pas réussi à former des souvenirs durables.
Notre étude révèle que les ondulations brusques sont le mécanisme physiologique utilisé par le cerveau pour « décider » de ce qu’il faut conserver et de ce qu’il faut rejeter. »
György Buzsáki, MD, PhD, auteur principal de l’étude, professeur Biggs de neurosciences au département de neurosciences et de physiologie de NYU Langone Health
Marcher et faire une pause
La nouvelle étude est basée sur un schéma connu : les humains et d’autres mammifères font l’expérience du monde pendant quelques instants, puis font une pause, puis en font l’expérience un peu plus, puis font une nouvelle pause. Selon les auteurs de l’étude, une fois que nous avons prêté attention à quelque chose, le calcul cérébral passe souvent en mode de réévaluation « inactif ». De telles pauses momentanées se produisent tout au long de la journée, mais les périodes d’inactivité les plus longues se produisent pendant le sommeil.
Le Dr Buzsáki et ses collègues avaient déjà établi qu’aucune ondulation brusque ne se produisait lorsque nous explorions activement des informations sensorielles ou que nous bougeions, mais uniquement pendant les pauses inactives avant ou après. L’étude actuelle a révélé que les ondulations brusques des ondes représentent le mécanisme naturel de marquage pendant de telles pauses après des expériences de réveil, les schémas neuronaux marqués étant réactivés pendant le sommeil post-tâche.
Il est important de noter que les ondulations brusques sont connues pour être constituées du déclenchement de « cellules de lieu » de l’hippocampe dans un ordre spécifique qui code, par exemple, chaque pièce dans laquelle nous entrons et chaque section d’un labyrinthe dans laquelle une souris pénètre. Pour les souvenirs dont on se souvient, ces mêmes cellules se déclenchent à grande vitesse pendant que nous dormons, “rejouant l’événement enregistré des milliers de fois par nuit”, comme le disent les auteurs de l’étude. Le processus renforce les connexions entre les cellules impliquées.
Pour la présente étude, les courses successives de labyrinthes effectuées par les souris de l’étude ont été suivies via des électrodes par des populations de cellules hippocampiques qui changeaient constamment au fil du temps, malgré l’enregistrement d’expériences très similaires. Cela a révélé pour la première fois des parcours de labyrinthe au cours desquels des ondulations se produisaient pendant les pauses d’éveil, puis étaient rejouées pendant le sommeil.
Des ondulations brusques étaient généralement enregistrées lorsqu’une souris s’arrêtait pour savourer une friandise sucrée après chaque course dans le labyrinthe. Selon les auteurs, la consommation de la récompense a préparé le cerveau à passer d’un mode exploratoire à un mode inactif, de sorte que de fortes ondulations puissent se produire.
À l’aide de sondes en silicium double face, l’équipe de recherche a pu enregistrer jusqu’à 500 neurones simultanément dans les hippocampes d’animaux lors de courses dans un labyrinthe. Cela a à son tour créé un défi, car les données deviennent extrêmement complexes à mesure que de plus en plus de neurones sont enregistrés indépendamment. Pour acquérir une compréhension intuitive des données, visualiser l’activité neuronale et formuler des hypothèses, l’équipe a réussi à réduire le nombre de dimensions dans les données, ce qui revient en quelque sorte à convertir une 3D en une image plate, sans perdre l’intégrité des données.
“Nous avons travaillé pour sortir le monde extérieur de l’équation et avons examiné les mécanismes par lesquels le cerveau des mammifères marque de manière innée et inconsciemment certains souvenirs pour les rendre permanents”, a déclaré le premier auteur, Wannan (Winnie) Yang, PhD, étudiant diplômé à l’Université de Washington. Laboratoire Buzsaki. “La raison pour laquelle un tel système a évolué reste un mystère, mais des recherches futures pourraient révéler des dispositifs ou des thérapies capables d’ajuster les ondulations brusques pour améliorer la mémoire, ou même réduire le souvenir d’événements traumatisants.”
Outre le Dr Buzsáki et le Dr Yang, les auteurs de l’étude de l’Institut de neurosciences de NYU Langone étaient Roman Huszár et Thomas Hainmueller. Kirill Kiselev, du Center for Neural Science de NYU, était également un auteur, tout comme Chen Sun de Mila, l’Institut québécois d’intelligence artificielle, à Montréal. Le travail a été soutenu par les subventions R01MH122391 et U19NS107616 des National Institutes of Health.
Source:
Référence du journal :
Yang, W., et coll. (2024) Sélection d’expériences pour la mémoire par les ondulations aiguës de l’hippocampe. Science. est ce que je.org/10.1126/science.adk8261.
2024-03-29 05:21:00
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