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Figure: Neurones de la région CA1 de l'hippocampe visualisés en imagerie biphotonique et exprimant une protéine (GCaMP6) dont la fluorescence est sensible aux variations intracellulaires de calcium. Les couleurs indiquent les différentes assemblées neuronales.
© Susanne Reichinnek
L'hippocampe est une région du système nerveux central impliquée dans la mémoire et la navigation spatiale. Lors d'une phase d'exploration, comme par exemple au cours d'un déplacement, des neurones de l'hippocampe s'activent successivement sous l'influence de signaux environnementaux. Ce sont les "cellules de lieu", découvertes par John O'Keefe, Prix Nobel de Médecine en 2014.
L'équipe de Rosa Cossart avait montré précédemment (Villette et al. Neuron 2015) que ces séquences d'activation neuronales peuvent se produire même en absence de signaux environnementaux et qu'elles servent de support pour l'encodage de l'expérience vécue. On sait qu'au cours du sommeil ou de la veille calme, les mêmes neurones de l'hippocampe qui viennent d'être activés pendant l'exploration, se synchronisent de façon particulière pour permettre l'encodage, la consolidation ou le rappel de la mémoire. Ces réactivations ont lieu pendant une fenêtre temporelle très réduite de l'ordre d'une centaine de millisecondes et produisent fréquemment une oscillation très rapide. Si ces synchronisations sont un support de la mémoire, on ignorait cependant comment les circuits qui les sous-tendent sont organisés.
Il est maintenant possible de voir dans le cerveau d'une souris éveillée plusieurs milliers de neurones de l'hippocampe en action, grâce à l'imagerie calcium biphotonique. En étudiant l'activité neuronale lorsque la souris est immobile mais éveillée, l'équipe de Rosa Cossart démontre que les séquences d'activation neuronale observées au cours de l'expérience sont en réalité constituées "d'assemblées neuronales", activées les unes après les autres. Ce résultat permet ainsi de définir un nouvel élément dans le mécanisme de l'encodage de la mémoire: entre le neurone qui représente l'instant "t" et la séquence qui intègre une expérience globale, il y a "l'assemblée neuronale", qui porte un fragment d'expérience. Pendant les périodes de veille, ces fragments sont souvent activés indépendamment les uns des autres (d'où la notion d'orthogonalité) mais aussi parfois activés ensemble, ce qui permet probablement de consolider le fait qu'ils ont été associés dans le temps. Ces assemblées représentent donc les briques élémentaires, support de notre mémoire, et à partir desquelles l'expérience se construit. C'est un peu comme si l'hippocampe jouait des gammes de musique pendant l'expérience (les séquences d'activation neuronale) et rejouait les accords correspondants (les assemblées) pendant la veille calme pour rappeler ou consolider cette expérience. Il sera essentiel d'étudier le devenir de ces assemblées dans le cadre de maladies neurodégénératives, associées à des défauts de la mémoire, comme par exemple la maladie d'Alzheimer.
Pour plus d'information voir:
Awake hippocampal reactivations project onto orthogonal neuronal assemblies.
Malvache A, Reichinnek S, Villette V, Haimerl C, Cossart R.
Science. 2016 Sep 16;353(6305):1280-3. doi: 10.1126/science.aaf3319.