Don Arnold est professeur de sciences biologiques et de sciences biomédicales, USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. Cette histoire figurait à l'origine sur La conversation.
Tous les périphériques de stockage de mémoire, de votre cerveau à la RAM de votre ordinateur, stockent des informations en modifiant leurs qualités physiques. Il y a plus de 130 ans, le neuroscientifique pionnier Santiago Ramón y Cajal a suggéré pour la première fois que le cerveau stocke des informations en réorganisant les connexions, ou synapses, entre les neurones.
Depuis lors, les neuroscientifiques ont tenté de comprendre les changements physiques associés à la formation de la mémoire. Mais visualiser et cartographier les synapses est un défi. D'une part, les synapses sont très petites et étroitement regroupées. Ils sont environ 10 milliards de fois plus petits que le plus petit objet qu'une IRM clinique standard peut visualiser. De plus, il y a environ 1 milliard de synapses dans le cerveau des souris que les chercheurs utilisent souvent pour étudier la fonction cérébrale, et elles sont toutes de la même couleur opaque à translucide que les tissus qui les entourent.
Une nouvelle technique d'imagerie que mes collègues et moi avons développée nous a cependant permis de cartographier les synapses lors de la formation de la mémoire. Nous avons découvert que le processus de formation de nouveaux souvenirs modifie la façon dont les cellules cérébrales sont connectées les unes aux autres. Alors que certaines zones du cerveau créent plus de connexions, d'autres les perdent.
Auparavant, les chercheurs se concentraient sur l'enregistrement des signaux électriques produits par les neurones. Bien que ces études aient confirmé que les neurones modifient leur réponse à des stimuli particuliers après la formation d'un souvenir, ils n'ont pas pu identifier ce qui motive ces changements.
Pour étudier comment le cerveau change physiquement lorsqu'il forme une nouvelle mémoire, nous avons créé des cartes 3D des synapses du poisson zèbre avant et après la formation de la mémoire. Nous avons choisi le poisson zèbre comme sujet de test car il est suffisamment grand pour avoir un cerveau qui fonctionne comme celui des humains, mais suffisamment petit et transparent pour offrir une fenêtre sur le cerveau vivant.
Pour induire une nouvelle mémoire chez le poisson, nous avons utilisé un type de processus d'apprentissage appelé conditionnement classique. Cela consiste à exposer simultanément un animal à deux types de stimuli différents :un neutre qui ne provoque pas de réaction et un désagréable que l'animal essaie d'éviter. Lorsque ces deux stimuli sont appariés suffisamment de fois, l'animal répond au stimulus neutre comme s'il s'agissait du stimulus désagréable, indiquant qu'il a créé une mémoire associative liant ces stimuli ensemble.
Comme stimulus désagréable, nous avons doucement chauffé la tête du poisson avec un laser infrarouge. Lorsque le poisson agitait sa queue, nous avons pris cela comme une indication qu'il voulait s'échapper. Lorsque le poisson est ensuite exposé à un stimulus neutre, une lumière allumée, un mouvement de la queue signifiait qu'il se souvenait de ce qui s'était passé lorsqu'il avait précédemment rencontré le stimulus désagréable.
Pour créer les cartes, nous avons génétiquement modifié le poisson zèbre avec des neurones qui produisent des protéines fluorescentes qui se lient aux synapses et les rendent visibles. Nous avons ensuite imagé les synapses avec un microscope sur mesure qui utilise une dose de lumière laser beaucoup plus faible que les appareils standard qui utilisent également la fluorescence pour générer des images. Parce que notre microscope a causé moins de dommages aux neurones, nous avons pu imager les synapses sans perdre leur structure et leur fonction.
Lorsque nous avons comparé les cartes de synapses 3D avant et après la formation de la mémoire, nous avons constaté que les neurones d'une région du cerveau, le pallium dorsal antérolatéral, développaient de nouvelles synapses tandis que les neurones principalement dans une deuxième région, le pallium dorsal antéromédial, perdaient des synapses. Cela signifiait que de nouveaux neurones s'appariaient, tandis que d'autres détruisaient leurs connexions. Des expériences antérieures ont suggéré que le pallium dorsal des poissons pourrait être analogue à l'amygdale des mammifères, où sont stockés les souvenirs de peur.
Étonnamment, les changements dans la force des connexions existantes entre les neurones qui se sont produits avec la formation de la mémoire étaient faibles et impossibles à distinguer des changements chez les poissons témoins qui n'ont pas formé de nouveaux souvenirs. Cela signifiait que la formation d'une mémoire associative implique la formation et la perte de synapses, mais pas nécessairement des changements dans la force des synapses existantes, comme on le pensait auparavant.
Notre nouvelle méthode d'observation du fonctionnement des cellules cérébrales pourrait ouvrir la porte non seulement à une compréhension plus approfondie du fonctionnement réel de la mémoire, mais également à des pistes potentielles de traitement de troubles neuropsychiatriques tels que le SSPT et la toxicomanie.
Les souvenirs associatifs ont tendance à être beaucoup plus forts que d'autres types de souvenirs, tels que les souvenirs conscients de ce que vous avez mangé hier au déjeuner. De plus, les souvenirs associatifs induits par le conditionnement classique sont considérés comme analogues aux souvenirs traumatiques qui causent le SSPT. Sinon, des stimuli inoffensifs similaires à ce que quelqu'un a vécu au moment du traumatisme peuvent déclencher le rappel de souvenirs douloureux. Par exemple, une lumière vive ou un bruit fort pourrait rappeler des souvenirs de combat. Notre étude révèle le rôle que les connexions synaptiques peuvent jouer dans la mémoire et pourrait expliquer pourquoi les souvenirs associatifs peuvent durer plus longtemps et être rappelés de manière plus vivante que d'autres types de souvenirs.
Actuellement, le traitement le plus courant du SSPT, la thérapie d'exposition, consiste à exposer à plusieurs reprises le patient à un stimulus inoffensif mais déclencheur afin de supprimer le rappel de l'événement traumatique. En théorie, cela remodèle indirectement les synapses du cerveau pour rendre la mémoire moins douloureuse. Bien qu'il y ait eu un certain succès avec la thérapie d'exposition, les patients sont sujets aux rechutes. Cela suggère que le souvenir sous-jacent à l'origine de la réponse traumatique n'a pas été éliminé. https://www.youtube.com/embed/rHg_SlEqJGc?wmode=transparent&start=0 Conceptuellement liée au conditionnement classique, la thérapie d'exposition prolongée est un moyen de traiter le SSPT.
On ne sait toujours pas si la génération et la perte de synapse entraînent réellement la formation de la mémoire. Mon laboratoire a mis au point une technologie capable d'éliminer rapidement et précisément les synapses sans endommager les neurones. Nous prévoyons d'utiliser des méthodes similaires pour supprimer les synapses chez le poisson zèbre ou la souris afin de voir si cela altère les mémoires associatives.
Il pourrait être possible d'effacer physiquement les souvenirs associatifs qui sous-tendent des conditions dévastatrices comme le SSPT et la dépendance avec ces méthodes. Avant même qu'un tel traitement puisse être envisagé, cependant, les modifications synaptiques codant pour les mémoires associatives doivent être définies plus précisément. Et il y a évidemment de sérieux obstacles éthiques et techniques qui devraient être résolus. Néanmoins, il est tentant d'imaginer un avenir lointain dans lequel la chirurgie synaptique pourrait effacer les mauvais souvenirs.
