Chez l'homme aussi, l'hippocampe code le temps qui s'écoule

Publié par Isabelle le 01/07/2021 à 13:00
Source: CNRS INSB

© Leila Reddy
Pour se souvenir d'une expérience passée, le cerveau doit pouvoir représenter à la fois le temps et les événements survenus afin de les assembler dans le bon ordre.

A l'aide de microélectrodes implantées dans le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite...) de patients, les scientifiques montrent l'existence de cellules temporelles dans l'hippocampe dont certaines pourraient jouer un rôle essentiel dans les mécanismes de mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...) où les éléments "quoi", "où" et "quand" sont liés pour former une mémoire cohérente. Ces travaux sont publiés dans le Journal of Neuroscience.

La mémoire épisodique fait référence à notre capacité de nous souvenir des "quoi, où et quand" d'une expérience passée, et pour créer des souvenirs épisodiques, il faut pouvoir lier fidèlement entre eux dans le temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) les différents événements de cette expérience. Le cerveau doit donc être capable de représenter à la fois le flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments...) temporel et l'ordre des événements afin de les "coller" ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) dans le bon ordre.

Des "cellules temporelles" - neurones portant des informations temporelles et jouant certainement un rôle essentiel dans ce processus mnésique - ont été mises en évidence à plusieurs reprises chez les rongeurs, mais on ne sait toujours pas exactement dans quelle mesure une sélectivité temporelle similaire existe également dans l'hippocampe humain.

Dans cet article, les auteurs montrent que le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le...) temporel module l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) de neurones de l'hippocampe humain au cours d'expériences structurées dans le temps. Pour cela, ils ont enregistré à l'aide de microélectrodes implantées dans le cerveau de 15 patients épileptiques - les électrodes étant implantées pour raisons médicales - l'activité neuronale hippocampique pendant qu'ils apprenaient des séquences d'images prévisibles.

Au cours d'une séance d'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus...), les patients devaient retenir l'ordre d'apparition de 5 à 7 images, chaque séquence étant répétée 60 fois. Au cours de ces séquences, un carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses...) noir apparaissait parfois et ils devaient alors désigner quelle image parmi les 2 présentées suivait la séquence. Dans un second temps, les mêmes séquences étaient présentées mais des intervalles de 10 secondes sans image étaient intercalées et le patient (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant...) devaient juste attendre la reprise de la séquence. Au total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un...), 429 neurones isolés ont pu être enregistrés pour la première expérience et 96 pour la seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...). Les analyses statistiques (La statistique est à la fois une science formelle, une méthode et une technique. Elle...) ont été réalisées au niveau des neurones individuels et au niveau de la population.

Les scientifiques ont pu ainsi montrer l'existence de cellules temporelles dans l'hippocampe humain qui portent des informations temporelles adaptées au fur (Fur est une petite île danoise dans le Limfjord. Fur compte environ 900 hab. . L'île...) et à mesure que les sujets progressent dans une séquence définie d'événements et également pendant les périodes d'attente présentée dans une séquence. De plus, ces codages temporels ont été rapportés non seulement au niveau de l'activité de neurones isolés mais également au niveau de l'activité enregistrée sur toute la population neuronale.

De plus, les auteurs ont mis en évidence que certaines de ces cellules temporelles humaines transmettaient aussi des informations sensorielles sur la présence ou l'absence d'un stimulus présent dans une séquence et sur son identité. De telles représentations multidimensionnelles pourraient jouer un rôle essentiel dans les mécanismes de mémoire épisodique dans lesquels les éléments "quoi", "où" et "quand" sont liés pour former une mémoire cohérente.

Le phénomène subjectif du "voyage (Un voyage est un déplacement effectué vers un point plus ou moins éloigné dans un but personnel...) mental dans le temps" est une pierre angulaire de la mémoire épisodique. Au coeur de notre faculté à revivre le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble...) se trouve notre capacité à nous rappeler de manière vivante des événements particuliers qui se sont produits à un endroit spécifique et dans un ordre temporel défini. Les résultats rapportés ici démontrent que les neurones de l'hippocampe humain peuvent rendre compte de cette mémoire en représentant le temps qui s'écoule.


1ère expérience: les participants ont vu une séquence d'images dans un ordre fixe et ont été invités à apprendre l'ordre de la séquence. Cette séquence se composait de 5 à 7 images présentées chacune pendant 1,5 s et suivie d'un intervalle de 0,5 s (carré gris clair). La séquence a été répétée 60 fois. De temps en temps (20 % des cas), un carré noir (test) apparaissait et les participants devaient décider laquelle des deux images alors présentées suivait la séquence apprise.
2ème expérience: similaire à l'expérience 1, à l'exception de la présence de périodes de 10 secondes (rectangle noir) pendant l'apprentissage de la séquence.
© Leila Reddy

Pour en savoir plus:
Human hippocampal neurons track moments in a sequence of events.
Leila Reddy, Benedikt Zoefel, Jessy K. Possel, Judith C. Peters, Doris Dijksterhuis, Marlene Poncet, Elisabeth C.W. van Straaten, Johannes C. Baayen, Sander Idema, Matthew W. Self.
Journal of Neuroscience. 28 juin 2021. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.3157-20.2021

Laboratoire:
Centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) cerveau et cognition - CerCo (CNRS/Université Toulouse Paul Sabatier) - Pavillon Baudot - CHU Purpan. BP 25202.
31052 Toulouse Cedex.

Contact:
Leila Reddy - Chercheuse CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...) au Centre de recherche cerveau et cognition-Cerco (CNRS/Université Toulouse Paul Sabatier) - Leila.reddy at cnrs.fr
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