Dans 10 ou 30 secondes ? Un réseau neuronal impliqué dans la mémoire temporelle

Publié par Adrien le 14/01/2017 à 00:00
Source: CNRS-INSB
L'appariement temporel d'événements conditionne leur lien mnésique, ce qui permet d'agir en conséquence au bon moment. L'équipe de Valérie Doyère à l'Institut des neurosciences de Paris-Saclay, en collaboration avec des chercheurs de la New York (New York , en anglais New York City (officiellement, City of New York) pour la distinguer de l’État de New York, est la principale ville des États-Unis, elle compte a elle...) University (USA), révèle l'implication d'un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) neuronal dans la mise en place d'une plasticité synaptique sous-tendant la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) de l'intervalle et l'adaptation de l'attente qui en résulte. Cette étude a été publiée le 9 janvier 2017 dans la revue Nature Communications.


Figure: Illustration du modèle d'interaction entre l'amygdale et le striatum pour l'adaptation du comportement à de nouvelles règles temporelles d'arrivée d'un stimulus aversif. L'attente d'un stimulus aversif s'accompagne d'une augmentation de la synchronisation des oscillations d'activités neuronales entre le striatum et l'amygdale qui est maximale au moment attendu de son arrivée (30s ou 10s, couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) dans les graphes 3D). L'amygdale contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) la plasticité synaptique cortico-striatale (représentée par des signes + dans les boutons synaptiques) lors d'un changement du moment d'arrivée d'un stimulus aversif, révélant l'interaction entre ces deux structures dans le processus d'adaptation du comportement à un nouvel intervalle (schéma d'une coupe de cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la...) de rat).
© Glenn Dallérac.

Le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) ou l'intervalle entre deux événements est un élément crucial dans notre vie (La vie est le nom donné :) de tous les jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le ciel. Son début (par rapport à minuit heure locale)...), même si nous n'en sommes pas conscients. Nous le mémorisons en général très rapidement, en particulier s'il implique un événement aversif ou dangereux. Un exemple facile que nous connaissons tous est l'estimation temporelle que nous faisons lorsqu'un éclair apparaît dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) et que nous attendons le coup de tonnerre (Le tonnerre est un bruit qui est produit par l'expansion brutale de la fine colonne d'air qui a été chauffé très rapidement par la foudre...) qui va suivre. De même, dans des situations plus dramatiques, une estimation temporelle est mémorisée en temps de guerre entre la perception de la sirène d'alerte et celle du bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une...) de moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce travail...) des avions à l'attaque. Même s'ils sont stressants ou douloureux, la prédictibilité de tels événements donne la possibilité de mettre en place des comportements adaptés pour en minimiser l'impact négatif ou même les éviter. Le moment attendu de leur arrivée est un élément crucial de cette prédictibilité, car il permet d'agir au bon moment, et non trop tard ou trop tôt. Cet intervalle de temps entre un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont...) annonciateur et l'événement négatif doit donc être mémorisé pour qu'à l'occasion suivante, on puisse juger du temps en cours et mettre en oeuvre le comportement adapté au moment approprié. En fait, l'appariement temporel d'événements conditionne leur lien mnésique et la mémoire permet de suivre le temps qui passe et prédire les événements futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.). Les mécanismes cérébraux qui sous-tendent cette mémoire de la durée ou de l'intervalle et les processus d'attente temporelle restent peu connus et la majorité des études chez l'Homme (Un homme est un individu de sexe masculin adulte de l'espèce appelée Homme moderne (Homo sapiens) ou plus simplement « Homme »....) ne donne pas accès à une analyse à haute résolution temporelle de réseaux neuronaux profonds.

Dans cette étude, les chercheurs se sont intéressés au rôle du réseau neuronal que forment le striatum dorsomédian, structure connue pour son implication dans le jugement temporel, et l'amygdale basolatérale, structure essentielle dans le traitement de l'aspect émotionnel des événements. Ils ont utilisé un protocole de conditionnement Pavlovien aversif chez le rat (Le mot « rat » désigne en français, dans le langage vernaculaire certains mammifères rongeurs, le plus souvent du genre Rattus ou au moins de la famille des muridés....), dans lequel un son prédit l'arrivée d'un léger choc (Dès que deux entitées interagissent de manière violente, on dit qu'il y a choc, que ce soit de civilisation ou de particules de hautes énergies.) électrique sur les pattes 30 secondes après le début du son, de telle sorte qu'il se forme un comportement d'attente maximal du choc vers les 30 secondes.

Au travers de l'analyse de la synchronisation des oscillations d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) neuronale, un changement dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) au sein de ce réseau a été mis en évidence, avec une synchronisation maximale à l'approche du moment d'arrivée du choc, similaire au comportement d'anticipation (Au sens général du terme, une anticipation correspond à une phase où sont développées des idées qui n’apparaîtront effectives — sous la forme de techniques, de...). De plus, l'utilisation d'outils pharmacologiques locaux, d'électrophysiologie in vivo (In vivo (en latin : « au sein du vivant ») est une expression latine qualifiant des recherches ou des examens pratiqués sur un organisme vivant, par...) et d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis soit à la main, soit par impression mécanique ;...) cellulaire a permis de révéler la mise en jeu d'une plasticité synaptique au sein du striatum dorsomédian qui accompagne l'adaptation de l'anticipation à une nouvelle durée (changement de l'intervalle à 10 secondes, au lieu de 30 secondes), sous contrôle de la détection du changement par l'amygdale basolatérale. L'analyse fine des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) a mis en évidence l'implication différentielle de ce réseau dans l'adaptation à la nouvelle durée et l'élimination de la durée initiale.

Cette étude, réalisée en collaboration avec des chercheurs de la New York University (NYU, New York, USA), dans le cadre du Laboratoire International Associé 'EmoTime' et du Partner University Fund 'Emotion & Time', apporte la première démonstration (En mathématiques, une démonstration permet d'établir une proposition à partir de propositions initiales, ou précédemment démontrées...) de l'importance de l'interaction entre structures au sein d'un réseau dans le contrôle d'une plasticité synaptique associée à l'adaptation à de nouvelles contraintes temporelles, en particulier en freinant l'élimination des acquis temporels. Le paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) 'temps' étant à la clef (Au sens propre, la clef ou clé (les deux orthographes sont correctes) est un dispositif amovible permettant d'actionner un mécanisme.) de tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences,...) associatif, cette étude enrichit notre compréhension des mécanismes sous-tendant l'apprentissage et les capacités de flexibilité comportementale lors de changements de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...), capacités sans cesse mises en jeu dans la vie de tous les jours.
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