Les "séquences enchevêtrées": un mécanisme indispensable à la formation de la mémoire
Publié par Adrien le 10/11/2018 à 14:05
Source: CNRS
Une équipe de recherche du CNRS, de l'Université PSL, du Collège de France et de l'Inserm vient de lever une part du voile qui entoure encore l'activité du cerveau pendant notre sommeil. Si l'on sait que certains neurones se réactivent à ce moment pour consolider nos souvenirs, on ignorait encore comment ces cellules pouvaient se "souvenir" de l'ordre dans lequel s'allumer. Les chercheurs ont découvert que la réactivation des neurones durant le sommeil (Le sommeil est un état naturel récurrent de perte de conscience (mais sans perte de la réception sensitive) du monde extérieur,...) repose sur une activation (Activation peut faire référence à :) qui a lieu au cours de la journée: les séquences thêta "enchevêtrées". Leurs résultats sont publiés le 9 novembre 2018 dans Science.


Gauche: illustration du dispositif expérimental. Droite: les rats sont placés sur un tapis roulant miniaturisé et transportés par un train électrique (la locomotive (Une locomotive est un engin moteur, c'est-à-dire se déplaçant par ses propres moyens, utilisé par le transport ferroviaire pour fournir l'énergie de traction à un train. Le plus souvent, la...) est placée à l'arrière du wagon (Dans le jargon ferroviaire, on distingue habituellement deux grands types de véhicules remorqués. On parle de wagons pour les marchandises et de voitures pour les voyageurs. (même si certains véhicules...) pour ne pas masquer le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) de vision). Les déplacements peuvent être actifs (tapis roulant en marche) pour préserver les séquences "enchevêtrées", ou passifs (tapis roulant à l'arrêt), pour les perturber de manière sélective, sans altérer les séquences lentes.
© Michaël Zugaro

La répétition est la meilleure méthode de mémorisation (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.), pour les neurones eux-mêmes. C'est le principe de ce que les neurobiologistes nomment réactivations de séquences: durant le sommeil, les neurones de l'hippocampe liés à une tâche s'activent très rapidement à tour de rôle dans un ordre précis, ce qui consolide le souvenir de cette tâche. Les réactivations de séquences sont fondamentales pour la mémorisation à long terme et les échanges entre l'hippocampe et le reste du 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...). Présentes seulement au repos, elles apparaissent donc après l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) initiale des neurones, ce qui sous-entend qu'ils "mémorisent" dans quel ordre s'allumer. Mais par quel mécanisme ?

Une équipe de chercheurs du Centre interdisciplinaire (Un travail interdisciplinaire intègre des concepts provenant de différentes disciplines.) de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....) en biologie (La biologie, appelée couramment la « bio », est la science du vivant. Prise au sens large de science du vivant, elle recouvre une...) (CNRS/Inserm/Collège de France) (1) vient de répondre à cette question en étudiant chez des rats les séquences d'activité de leurs cellules de lieu. Celles-ci sont des neurones de l'hippocampe qui s'allument en suivant la position de l'animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire qu’il se nourrit de substances organiques. On réserve...) dans 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 enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) lorsqu'il se déplace. Lentement d'abord, pendant qu'il effectue son déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens En...), puis très rapidement lors des réactivations de séquences au cours du sommeil. Mais les neurobiologistes connaissent un autre type de séquences, appelées séquences thêta, qui répètent rapidement l'activation des mêmes cellules de lieu lorsque l'animal se déplace, en parallèle des séquences lentes. Ces séquences thêta sont donc dites "enchevêtrées".

Lentes ou enchevêtrées, lesquelles de ces séquences sont nécessaires à l'apparition des réactivations de séquences, et permettent donc la consolidation des souvenirs pendant le sommeil ? Les chercheurs l'ont découvert grâce à un système ingénieux qui désactive les séquences enchevêtrées, sans toucher (Le toucher, aussi appelé tact ou taction, est l'un des cinq sens de l'homme ou de l'animal, essentiel pour la survie et le développement des êtres vivants,...) aux séquences lentes: les animaux sont transportés sur un train électrique, dans un wagon muni d'un tapis roulant (voir Image). Lorsque le tapis est à l'arrêt, les séquences enchevêtrées disparaissent, et celles-ci reviennent quand le tapis fonctionne.

Les chercheurs ont alors pu observer qu'après plusieurs tours en train avec le tapis roulant à l'arrêt, les cellules de lieu de l'hippocampe des rats ne se réactivent pas au cours du sommeil dans le même ordre que pendant l'éveil. Au contraire, après un trajet en train avec le tapis en marche (La marche (le pléonasme marche à pied est également souvent utilisé) est un mode de locomotion naturel. Il consiste en un déplacement en appui...), les réactivations de séquences sont bien présentes. Ainsi, ce sont les séquences thêta enchevêtrées pendant le mouvement qui sont indispensables à la consolidation de la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) au cours du sommeil.

Les chercheurs poursuivent leurs travaux en s'intéressant maintenant à l'intégration d'informations non-spatiales, comme les objets ou les textures, dans les séquences enchevêtrées, ainsi qu'à leur réactivation pendant le sommeil.

Notes:

(1) Membre associé de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation...) PSL, le Collège de France (Le Collège de France, situé au no 11 place Marcelin-Berthelot dans le quartier latin de Paris (Ve arrondissement), est un grand établissement d'enseignement et de recherche. Il dispense des cours non diplômant de...) mène depuis 2009 une politique volontariste d'accueil d'équipes indépendantes qui bénéficient de services techniques et scientifiques mutualisés et d'un environnement multidisciplinaire exceptionnel. Vingt-deux équipes sont actuellement hébergées au sein du Centre interdisciplinaire de recherche en biologie ainsi que dans les instituts de chimie (La chimie est une science de la nature divisée en plusieurs spécialités, à l'instar de la physique et de la biologie avec lesquelles elle partage des espaces d'investigations communs ou...) et de physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien,...) du Collège (Un collège peut désigner un groupe de personnes partageant une même caractéristique ou un établissement d'enseignement.) de France. Soutenu notamment par le CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...), ce dispositif est ouvert aux chercheurs français et étrangers. Il contribue à consolider l'attractivité de Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du...) dans la géographie (La géographie (du grec ancien γεωγραφία - geographia, composé de "η γη" (hê gê) la Terre et...) mondiale de la recherche.
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