Rappelez-vous votre dernière sortie au restaurant… Peut-être que le goût succulent des pâtes, le son du piano jazz ou le rire tonitruant de votre corpulent voisin de table vous reviennent soudainement en mémoire? Ce dont vous n'avez aucun souvenir cependant, c'est de l'effort fait pour vous rappeler de ces petits détails.
Sans que vous en ayez eu conscience, votre cerveau a rapidement traité l'expérience et l'a transformée en souvenir. En quelques secondes, à la seule pensée de ce repas, il a reproduit pour votre plus grand plaisir des images mentales précises de ce moment.
Sans aucun doute, notre capacité à créer et à se rappeler de souvenirs lointains est une composante fondamentale de l'expérience humaine - mais nous avons encore beaucoup à apprendre sur ce processus.
L'important rôle de l'hippocampe
Par exemple, nous n'avons pas une compréhension claire de la façon dont les différentes régions du cerveau interagissent pour former et récupérer des souvenirs. Mais notre étude récente jette un éclairage nouveau sur ce phénomène en montrant comment les activités neuronales dans deux régions distinctes du cerveau interagissent lors de l'activation de la mémoire.
L'hippocampe, une structure profonde du cortex cérébral, a longtemps été considéré comme le siège de la mémoire. L'hippocampe aide à assembler les éléments d'un souvenir (à joindre par exemple le «où» avec le «quand») en s'assurant que les neurones s'activent ensemble.
C'est ce qu'on appelle souvent la «synchronisation neuronale». Lorsque les neurones qui codent les informations de lieu (le «où») se synchronisent avec les neurones qui codent les informations de temporalité (le «quand»), ces détails sont liés par un phénomène connu sous le nom de «règle de Hebb ».
Le néocortex à la rescousse
Mais l'hippocampe est tout simplement trop petit pour stocker chaque petit détail d'un souvenir. Cela a conduit les chercheurs à développer la théorie selon laquelle l'hippocampe fait appel au néocortex - une région qui traite des éléments sensoriels complexes comme le son et la vue - pour l'aider à détailler un souvenir.
Le néocortex joue son rôle en faisant exactement le contraire de ce que fait l'hippocampe - il s'assure que les neurones ne s'activent pas en même temps. C'est ce qu'on appelle souvent la «désynchronisation neuronale».
Par exemple, si vous demandez leur nom à une centaine de personnes et qu'elles synchronisent leur réponse (en criant tous en même temps), vous ne comprendrez probablement rien. Mais si elles désynchronisent leur réponse (en prononçant leur nom à tour de rôle), vous allez probablement recueillir beaucoup plus d'informations auprès d'elles. Il en va de même pour les neurones néocorticaux : s'ils se synchronisent, ils ont du mal à faire passer leur message, mais s'ils se désynchronisent, l'information est facile à trouver.
Un test sur des patients épileptiques
Notre recherche a montré que l'hippocampe et le néocortex travaillent en fait ensemble lorsqu'ils recréent un souvenir. Cela se produit lorsque l'hippocampe synchronise son activité neuronale pour recoller les éléments d'un souvenir, et aider plus tard à faire remonter ce souvenir à la surface. Pendant ce temps, le néocortex désynchronise son activité neuronale pour traiter l'information sur l'événement et, plus tard, pour aider à reconstituer les détails de ce souvenir.
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Nous avons observé 12 patients âgés de 24 à 53 ans, en traitement pour des problèmes d'épilepsie. Tous avaient des électrodes placées directement dans le tissu cérébral de l'hippocampe et du néocortex. Au cours de l'expérience, les patients devaient associer différents stimuli (tels que des mots, des sons et des vidéos), et plus tard, se rappeler de ces associations. Par exemple, on pouvait montrer à un patient le mot «chat» suivi d'une vidéo d'une bicyclette dans une rue.
Le patient essayait alors d'imaginer un lien fort entre les deux éléments (par exemple, un chat sur un vélo) pour se souvenir de l'association. Plus tard, on leur présentait l'un des deux éléments en leur demandant de se remémorer l'autre élément qui lui était associé. Les chercheurs ont ensuite examiné comment l'hippocampe interagissait avec le néocortex lorsque les patients apprenaient et se rappelaient ces associations.
Une question de millisecondes
Pendant l'apprentissage, l'activité neuronale dans le néocortex se désynchronisait puis, après environ 150 millisecondes, l'activité neuronale dans l'hippocampe se synchronisait. Vraisemblablement, l'information sur les détails sensoriels des stimuli était d'abord traitée par le néocortex, avant d'être transmise à l'hippocampe pour être jointe aux autres éléments du souvenir.
Le plus fascinant est ce que ce scénario s'est inversé pendant la récupération du souvenir - l'activité neuronale dans l'hippocampe s'est d'abord synchronisée puis, après environ 250 millisecondes, l'activité neuronale dans le néocortex s'est désynchronisée. Cette fois, il est apparu que l'hippocampe se rappelait d'abord de l'essentiel du souvenir, puis commençait ensuite à s'enquérir des détails auprès du néocortex.
Nos résultats confirment une théorie récente qui suggère qu'un néocortex désynchronisé et un hippocampe synchronisé doivent interagir pour former et se rappeler les souvenirs.
Une piste pour l'Alzheimer?
Bien que la stimulation cérébrale soit devenue une méthode prometteuse pour activer nos fonctions cognitives, il s'est avéré difficile de stimuler l'hippocampe pour améliorer la mémoire à long terme.
Le principal problème est que l'hippocampe est situé dans les couches profondes du cerveau. Il est difficile à atteindre avec une stimulation cérébrale appliquée à partir du cuir chevelu. Mais les résultats de cette étude présentent une nouvelle possibilité. En stimulant les régions du néocortex qui communiquent avec l'hippocampe, on peut peut-être indirectement pousser l'hippocampe à créer de nouveaux souvenirs ou à se rappeler d'anciens.
Il serait important de mieux comprendre la façon dont l'hippocampe et le néocortex collaborent lors de la formation et du rappel des souvenirs. Cela permettrait de développer de nouvelles technologies pouvant aider à améliorer la mémoire des personnes souffrant de troubles cognitifs comme la démence, et pour stimuler la mémoire dans la population en général.