Percer les mystères du traitement, du stockage et de l'intégration de l'information dans notre cerveau

Publié par Isabelle le 01/09/2020 à 13:00
Source: Université de Montréal
Comment arrivons-nous à stocker de l'information dans notre cerveau ?


Crédit: Getty
Voilà une question sur laquelle des chercheurs et chercheuses du CHU Sainte-Justine et de l'Université de Montréal se sont penchés et qui les a menés à une découverte majeure dans la compréhension des mécanismes sous-jacents à notre mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) et à notre capacité d'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances, compétences, d'attitudes ou de valeurs culturelles, par l'observation, l'imitation,...).

Les résultats de cette étude sont présentés aujourd'hui dans la revue Nature Communications.

L'équipe de Roberto Araya, chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés...) au CHU Sainte-Justine et professeur à l'Université de Montréal (L’Université de Montréal est l'un des quatre établissements d'enseignement supérieur de Montréal au Québec. Elle est l'une des dix grandes universités du Canada (la deuxième en...), a étudié la fonction et la transformation morphologique des épines dendritiques, de minuscules protubérances situées sur les branches des neurones, durant la plasticité synaptique et dont le rôle serait directement lié au phénomène de la mémoire et de l'apprentissage.

"Nous sommes très enthousiastes, car c'est la première fois que les lois de la plasticité synaptique, un processus directement associé à la formation des souvenirs dans le 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 motricité...), sont révélées de manière à mieux comprendre non seulement le phénomène de la plasticité, mais aussi comment les souvenirs se forment lorsque des flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé dans...) uniques ou multiples d'informations sensorielles arrivent dans les neurones du néocortex cérébral", explique le professeur Araya.

Arbre neuronal


Roberto Araya
Le cerveau est composé de milliards de cellules nerveuses excitables mieux connues sous le nom de neurones. Ces derniers se spécialisent dans la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter-...) et le traitement de l'information.

"Imaginez un arbre. Les racines sont représentées par l'axone (Un axone ou fibre nerveuse est le prolongement long, mince et cylindrique d'un neurone qui conduit les impulsions électriques en dehors du corps cellulaire. Les axones sont...), le tronc (Un tronc peut être :) central par le corps cellulaire, les branches en périphérie (Le mot périphérie vient du grec peripheria qui signifie circonférence. Plus généralement la périphérie désigne une limite éloignée d'un...) par les dendrites et, finalement, les feuilles par les épines dendritiques. Ces milliers de petites feuilles servent (Servent est la contraction du mot serveur et client.) de passerelles en recevant l'information excitatrice provenant d'autres cellules. Elles vont décider si cette information est suffisamment significative pour être amplifiée et si elle va se diriger vers d'autres neurones ou tissus", indique le professeur Araya.

"Il s'agit d'un concept clé dans le traitement, l'intégration et le stockage des informations et, conséquemment, dans la mémoire et l'apprentissage", poursuit-il.

Transmission de l'information

Les épines dendritiques servent donc de zone de contact entre les neurones en recevant les influx nerveux (information) selon une force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au...) variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un...). Si l'information est persistante, un mécanisme où les neurones vont amplifier le "volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.)" s'enclenche afin que la cellule destinataire puisse mieux "entendre" cette information.

Dans le cas contraire, l'information d'un faible volume sera davantage réduite pour que celui-ci passe inaperçu. Ce phénomène correspond à la plasticité synaptique, qui comprend la potentialisation ou la dépression de la force synaptique.

"C'est la loi fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) de la plasticité fonction du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) d'occurrence des impulsions, en anglais spike-timing-dependent plasticity [STDP], qui module la force des connexions entre les neurones dans le cerveau et qui contribuerait à l'apprentissage et à la mémorisation (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.)", mentionne Sabrina Tazerart, première coauteure de l'étude.

Cependant, bien que dans la littérature on puisse observer ce phénomène et la façon dont les neurones se connectent, l'organisation (Une organisation est) structurelle précise des épines dendritiques et les lois qui commandent l'induction de la plasticité synaptique restaient inconnues.

Lois de connexions

L'équipe de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par...) a donc mis en lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est...) les mécanismes sous-jacents à la STDP.

"Jusqu'à présent, personne ne savait comment l'information était agencée dans l'“arbre neuronal” et ce qui incitait précisément une épine dendritique à augmenter ou à baisser le volume de l'information. Notre objectif était d'extraire des “lois de connexions synaptiques”", souligne le professeur Araya.

L'étude a été réalisée au moyen de modèles précliniques à un stade (Un stade (du grec ancien στ?διον stadion, du verbe ?στημι istêmi, « se tenir droit et ferme ») est un équipement sportif.) juvénile, période critique pour l'apprentissage et la mémoire, puisque le cerveau est encore très malléable.

En utilisant des techniques de pointe en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La...) biphotonique qui permettent de mimer des contacts synaptiques entre deux neurones, les chercheurs et chercheuses ont découvert une importante loi liée à l'agencement de l'information reçue par les épines dendritiques.

Leurs travaux montrent que, en fonction du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'influx nerveux reçus (synapses) et de leur proximité, l'information sera prise en compte différemment.

"Nous sommes arrivés à la conclusion que, du moment où plus d'un influx nerveux est présent dans un petit morceau de branche d'arbre, la cellule considérera toujours cette information comme importante et augmentera son volume", précise Diana E. Mitchell, également première coauteure de l'étude.

Une découverte majeure

"Cette découverte est majeure, car des altérations structurelle et fonctionnelle (En mathématiques, le terme fonctionnelle se réfère à certaines fonctions. Initialement, le terme désignait les fonctions qui...) des épines dendritiques recevant l'influx nerveux sont souvent associées à des maladies neurodégénératives telles que le syndrome (Un syndrome est un ensemble de signes cliniques et de symptômes qu'un patient est susceptible de présenter lors de certaines maladies, ou bien dans des circonstances cliniques d'écart à la norme pas nécessairement...) du X fragile ou l'autisme (Le terme autisme tend a désigner aujourd'hui un trouble affectant la personne dans trois domaines principaux:), puisque le patient (Dans le domaine de la médecine, le terme patient désigne couramment une personne recevant une attention médicale ou à qui est...) n'arrive plus à traiter l'information ou à l'emmagasiner correctement. Sa logique (La logique (du grec logikê, dérivé de logos (λόγος), terme inventé par Xénocrate signifiant à la...) de construction de la mémoire en est perturbée. En comprenant les mécanismes sous-jacents à la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) des épines dendritiques et comment elles agissent sur le système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, de l'encéphale, de la moelle...), nous pourrons mettre au point (Graphie) de nouvelles approches thérapeutiques mieux adaptées", conclut le professeur Araya.
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