La formation de la mémoire au niveau neuronal
Durant l'apprentissage, on suppose qu'une plasticité synaptique se produit lorsque les cellules pré-synaptiques stimulent de manière répétée et persistante les neurones post-synaptiques. Celle-ci facilite la formation de la mémoire et l'apprentissage au travers de la génération de nouveaux contacts synaptiques (p. ex., des épines dendritiques sur un neurone post-synaptique) ou du renforcement des contacts existants. Cependant, les chercheurs sont incapables de relier spécifiquement la trace mnésique d'une tâche sensorielle ou comportementale à la formation d'une nouvelle épine. Le projet HEBBIANNEWSPINES («Visualizing the structural synaptic memory trace: Presynaptic partners of newly formed spines»), financé par l'UE, s'est penché sur l'identification fonctionnelle des partenaires pré-synaptiques des synapses d'épine nouvellement formés en vue de déterminer les substrats neuraux de la formation de la mémoire. Les chercheurs ont utilisé deux systèmes d'imagerie à deux photons et des méthodes de stimulation optogénétique pour leurs études in vitro et in vivo. Des indicateurs de l'ion calcium (Ca2+) génétiquement codés avec des marqueurs de deux couleurs ont été développés afin d'étudier la fonction et la structure individuelles des neurones durant une activation synaptique simple. Les indicateurs Ca2+ ont été utilisés car les épines dendritiques tout comme les boutons pré-synaptiques subissaient un influx de Ca2+ durant l'activité synaptique. Concernant les études in vitro, les scientifiques ont mis au point un modèle fiable de potentialisation synaptique à long terme (LTP) tout optique utilisant la channelrhodopsine2 (ChR2) pour l'activation sélective des boutons pré-synaptiques. La LTP est le développement d'une augmentation durable dans la transmission des signaux entre deux neurones due à une stimulation répétée. Les résultats de l'étude ont révélé la formation de nouvelles épines persistantes sur une période de cinq heures en appliquant une LTP tout optique. Les membres du projet avaient précédemment démontré la formation et la stabilisation de nouvelles épines durant une privation monoculaire (MD). Une MD implique la fermeture d'un œil pendant la présentation d'un stimulus visuel. Les chercheurs ont réussi à mettre au point une approche virale combinatoire concernant le transfert par voie virale de sous-ensembles spécifiques de neurones. Il est désormais possible de définir les propriétés d'épines individuelles et de grandes populations de cellules. En utilisant le modèle MD, ils peuvent faire la distinction entre la représentation du signal pour l'œil ouvert et l'œil fermé et relier la structure à la fonction au niveau de la synapse. Les outils développés durant ce projet permettront de déterminer si la formation de la mémoire à long terme se produit via la formation de l'épine dendritique. Comprendre la dynamique impliquée durant l'apprentissage et la mémoire peut aider dans la réadaptation des personnes souffrant de troubles d'apprentissage et de la mémoire.
Mots‑clés
Neurone, mémoire, formation de la mémoire, apprentissage, plasticité synaptique, pré-synaptique, post-synaptique, épine dendritique, formation de l'épine, substrats neuraux, imagerie à deux photons, optogénétique, Ca2+, boutons pré-synaptiques, potentiali
