Les scientifiques spéculent depuis longtemps sur les changements physiques qui se produisent dans le cerveau lorsqu’un nouveau memento se forme. Aujourd’hui, des recherches de l’Institut countrywide des sciences physiologiques (NIPS) ont mis en lumière ce mystère neurologique intrigant.
Dans une étude récemment publiée dans Nature Communications, l’équipe de recherche a réussi à détecter les réseaux neuronaux cérébraux impliqués dans la mémoire traumatique en utilisant une nouvelle méthode combinant des approches optiques et basées sur l’apprentissage automatique, capturant les changements complexes qui se produisent pendant la development de la mémoire et découvrir les mécanismes par lesquels les souvenirs traumatiques sont créés.
Les animaux apprennent à s’adapter à des environnements changeants pour survivre. L’apprentissage associatif, qui inclut le conditionnement classique, est l’un des types d’apprentissage les plus simples et a été étudié de manière intensive au cours du siècle dernier. Au cours des deux dernières décennies, les progrès strategies des méthodes moléculaires, génétiques et optogénétiques ont permis d’identifier des régions cérébrales et des populations spécifiques de neurones qui contrôlent la formation et la récupération de nouvelles mémoires associatives. Par exemple, la partie dorsale du cortex préfrontal médial (dmPFC) est essentielle à la récupération de la mémoire associative de la peur chez les rongeurs. Cependant, la manière dont les neurones de cette région codent et récupèrent la mémoire associative n’est pas bien comprise, ce que l’équipe de recherche visait à résoudre.
« Le dmPFC montre une activation neuronale spécifique et une synchronisation lors de la récupération de la mémoire de peur et des réponses de peur évoquées, telles que le gel et la décélération de la fréquence cardiaque », explique l’auteur principal Masakazu Agetsuma. « La mise au silence artificielle du dmPFC chez la souris a supprimé les réponses de peur, ce qui indique que cette région est nécessaire pour rappeler la mémoire de peur associative. Parce qu’elle est connectée aux systèmes cérébraux impliqués dans l’apprentissage et aux maladies psychiatriques associées, nous avons voulu explorer comment les changements dans le dmPFC spécifiquement réguler les nouvelles informations de la mémoire associative.
L’équipe de recherche a utilisé l’imagerie longitudinale à deux photons et diverses techniques de neurosciences informatiques pour déterminer comment l’activité neuronale modify dans le cortex préfrontal de la souris après avoir appris un paradigme de conditionnement de la peur. Les neurones préfrontaux se comportent de manière très complexe et chaque neurone répond à divers événements sensoriels et moteurs. Pour répondre à cette complexité, l’équipe de recherche a développé une nouvelle méthode analytique basée sur le « réseau élastique », un algorithme d’apprentissage automatique, pour identifier quels neurones spécifiques codent pour la mémoire de la peur. Ils ont ensuite analysé la disposition spatiale et la connectivité fonctionnelle des neurones à l’aide d’une modélisation graphique.
« Nous avons réussi à détecter une populace neuronale qui code la mémoire de la peur », explique Agetsuma. « Nos analyses nous ont montré que le conditionnement de la peur induisait la formation d’un réseau neuronal de mémoire de peur avec des neurones ‘hub’ qui connectaient fonctionnellement les neurones de la mémoire. »
Il est critical de noter que les chercheurs ont découvert des preuves directes selon lesquelles la development de la mémoire associative s’accompagnait d’une nouvelle connexion associative entre des réseaux initialement distincts, c’est-à-dire le réseau de stimulus conditionnés (CS, par exemple, tonalité) et le réseau de stimulus inconditionnés (US, par exemple, expérience effrayante). « Nous proposons que cette connexion nouvellement découverte pourrait faciliter le traitement de l’information en déclenchant une réponse de peur (CR) à un CS (c’est-à-dire un réseau neuronal pour la transformation CS-CR). »
On a longtemps pensé que les souvenirs étaient formés par l’amélioration des connexions neuronales, qui sont renforcées par l’activation répétée de groupes de neurones. Les résultats de la présente étude, basés à la fois sur des observations réelles et sur une analyse basée sur un modèle, le confirment. En outre, l’étude démontre comment des méthodes combinées (optique et apprentissage automatique) peuvent être utilisées pour visualiser de manière très détaillée la dynamique des réseaux neuronaux. Ces methods pourraient être utilisées pour découvrir des informations supplémentaires sur les changements neurologiques associés à l’apprentissage et à la mémoire.
