Pourquoi la plasticité du cerveau est la clé de la mémoire et de la santé mentale
Nous nous souvenons d’événements spécifiques grâce à des réseaux de neurones qui encodent des informations à leur sujet et à un processus clé appelé «plasticité neuronale» qui façonne ce dont nous nous souvenons ensuite. Mais selon Pico Caroni, coordinateur du projet MemoryDynamics financé par le Conseil européen de la recherche, «de nombreux processus se déroulent dans l’ombre, avec peu d’éléments mesurables distincts que les chercheurs peuvent étudier au moyen de techniques telles que l’imagerie en temps réel.» À l’aide de modèles murins, MemoryDynamics a étudié les composants cellulaires impliqués dans la consolidation à long terme des souvenirs, ainsi que leur évolution dans le temps. L’équipe a constaté que la plasticité neuronale se poursuivait 12 heures après un événement, bien après la consolidation initiale de la mémoire. Cela a été mis en évidence dans le cortex infralimbique par inversion d’apprentissage, durant laquelle les réponses à un événement, comme la peur, peuvent être modifiées lorsqu’on se remémore cet événement. «Il est remarquable que les réseaux cérébraux puissent être recrutés ou modifiés pendant la consolidation de la mémoire à long terme, ce qui suggère que les souvenirs consolidés le jour d’un événement d’apprentissage peuvent être modifiés par la suite», explique Pico Caroni, de l’Institut Friedrich Miescher pour la recherche biomédicale, hôte du projet. Il a été constaté que l’apprentissage est suivi d’une période de 5 à 6 heures pendant laquelle l’expérience ultérieure peut être associée à l’événement d’apprentissage initial, combinant effectivement les souvenirs: «Peut-être pour inscrire les souvenirs dans un contexte expérientiel plus large», ajoute Pico Caroni. Ceci est ressorti d’observations en laboratoire où des facteurs de transcription connus sous le nom de cFos, qui contrôlent les gènes, ont continué à être exprimés dans les réseaux neuronaux concernés – un bon indicateur de la plasticité cellulaire en cours.
Qu’arrive-t-il aux souvenirs avec le temps?
Physiologiquement, la plasticité cérébrale entraîne la modification structurelle des synapses préexistantes pour les rendre plus fortes ou plus faibles, la création de nouvelles synapses et/ou la destruction des synapses préexistantes. La modification du fonctionnement des réseaux neuronaux signifie que la mémoire n’a pas pour seule fonction de «se souvenir», mais aussi de préparer activement des réponses à des expériences futures. «La plupart de ces processus de consolidation de la mémoire sont comme des cascades qui durent des heures, voire des jours, après l’événement d’apprentissage initial», explique Pico Caroni. La plasticité de la mémoire à court terme ne dure que quelques secondes ou minutes, lorsque les signaux sont traités par les synapses et les canaux ioniques. À moyen terme, pendant quelques heures, le cerveau reproduit les mêmes schémas d’activité neuronale que ceux de l’événement initial, mais en accéléré. La consolidation de la mémoire à plus long terme, 12 à 15 heures après un événement, fait généralement intervenir un mélange de ces activités. Parmi les processus cellulaires figurent l’expression des gènes au sein des réseaux neuronaux, qui garantissent que les changements de signalisation sont convertis en changements cellulaires durables, qui modifient à leur tour les souvenirs. MemoryDynamics a utilisé des outils de manipulation génétique pour influencer la fonction des neurones dans des zones spécifiques du cerveau des souris. L’équipe a suivi les processus de consolidation de la mémoire dans les subdivisions de l’hippocampe, dans les zones corticales préfrontales, y compris le cortex prélimbique et le cortex infralimbique, dans les zones corticales associées à l’hippocampe, comme le cortex rétrosplénial, et dans les réseaux importants pour l’apprentissage flexible.
Implications pour la santé mentale
Une découverte inattendue concernait les modifications de l’expression génétique dans des neurones spéciaux appelés interneurones PV+. Bien qu’ils soient essentiels à l’apprentissage, l’équipe a découvert que les changements dans ces neurones ne se manifestent que quelques heures après l’apprentissage, ce qui suggère une période pendant laquelle ces neurones sont particulièrement malléables.
Les implications pour la santé humaine sont importantes.
Il existe une brève fenêtre de 10 jours pendant laquelle le lien fonctionnel dans le cerveau entre l’hippocampe ventral et le cortex prélimbique est critique pour le développement préfrontal. En manipulant les interneurones PV+ à la fin de l’adolescence pour consolider les connexions le long de cet axe cérébral, l’équipe a empêché l’apparition de symptômes de type schizophrénie chez une souris génétiquement prédisposée. La technique s’est également révélée prometteuse dans un modèle d’autisme chez la souris. «Nous n’avions pas prévu que les mécanismes cérébraux associés à la consolidation de la mémoire à long terme auraient un impact considérable sur la fonctionnalité des réseaux pertinents pour la santé mentale. C’est ce sur quoi nous nous concentrerons désormais», conclut Pico Caroni.
Mots‑clés
MemoryDynamics, neurone, cerveau, plasticité, mémoire, synapse, santé mentale, autisme, schizophrénie, génétique
