La théorie mathématique des réseaux de neurones explique comment les souvenirs sont consolidés dans le cerveau

Selon une nouvelle théorie proposée par des chercheurs du Janelia Research Campus de HHMI et des collaborateurs de l’UCL, l’utilité d’un souvenir pour des situations futures détermine où il réside dans le cerveau.

La théorie offre une nouvelle façon de comprendre la consolidation des systèmes, un processus qui transfère certains souvenirs de l’hippocampe – où ils sont initialement stockés – au néocortex – où ils résident à long terme.

Selon la vision classique de la consolidation des systèmes, tous les souvenirs se déplacent de l’hippocampe au néocortex au fil du temps. Mais ce point de vue ne tient pas toujours; la recherche montre que certains souvenirs résident en permanence dans l’hippocampe et ne sont jamais transférés au néocortex.

Ces dernières années, les psychologues ont proposé des théories pour expliquer cette vision plus compliquée de la consolidation des systèmes, mais personne n’a encore compris mathématiquement ce qui détermine si un souvenir reste dans l’hippocampe ou s’il est consolidé dans le néocortex.

Maintenant, les chercheurs de Janelia proposent une nouvelle vision quantitative de la consolidation des systèmes pour aider à résoudre ce problème de longue date, proposant une théorie mathématique des réseaux de neurones dans laquelle les souvenirs ne se consolident dans le néocortex que s’ils améliorent la généralisation.

Les généralisations sont construites à partir des composants fiables et prévisibles des souvenirs, nous permettant de les appliquer à d’autres situations. Nous pouvons généraliser certaines caractéristiques des souvenirs pour nous aider à comprendre le monde, comme le fait que les canyons prédisent la présence d’eau.

Ceci est différent des souvenirs épisodiques – des souvenirs détaillés du passé qui ont des caractéristiques uniques, comme un souvenir individuel que nous avons d’une randonnée vers un canyon particulier et de la rencontre avec un plan d’eau.

Selon ce point de vue, la consolidation ne copie pas les souvenirs d’une zone du cerveau à une autre, mais crée plutôt un nouveau souvenir qui est une généralisation des souvenirs précédents. Le degré de généralisation d’un souvenir – et non son âge – détermine s’il est consolidé ou s’il reste dans l’hippocampe.

Les chercheurs ont utilisé des réseaux de neurones pour montrer comment la quantité de consolidation varie en fonction de la quantité de mémoire généralisable. Ils ont pu reproduire des modèles expérimentaux antérieurs qui ne pouvaient pas être expliqués par la vision classique de la consolidation des systèmes.

L’étape suivante consiste à tester la théorie avec des expériences pour voir si elle peut prédire à quel point une mémoire sera consolidée. Une autre direction importante consistera à tester les modèles des auteurs sur la façon dont le cerveau pourrait faire la distinction entre les composants prévisibles et imprévisibles des souvenirs pour réguler la consolidation. Découvrir le fonctionnement de la mémoire peut aider les chercheurs à mieux comprendre une partie intégrante de la cognition, ce qui pourrait bénéficier à la santé humaine et à l’intelligence artificielle.