Lorsque nous rappelons des souvenirs, ils sont renforcés. Cela est dû à des changements dans la structure du matériel génétique.
Photo :Des chercheurs ont découvert que la formation de la mémoire est liée à des modifications à grande échelle de la chromatine des cellules nerveuses. Dans cette coupe transversale du cerveau d'une souris, la structure jaune en haut est l'hippocampe :la zone du cerveau où les nouveaux souvenirs sont stockés. Le jaune révèle la présence de cellules engrammes actives à la fois dans la formation et le rappel d'un souvenir. (Avec la permission d'Asaf Marco, Li-Huei Tsai et leurs collègues.)
Le nom « engramme » a été donné il y a plus d'un siècle par le zoologiste Richard Semon à la trace physique qu'un souvenir doit laisser dans le cerveau. Vous pouvez le comparer à une empreinte. Les neuroscientifiques ont maintenant une meilleure compréhension de la façon dont notre cerveau forme des souvenirs.
Lorsqu'un souvenir se forme, des cellules cérébrales spécifiques sont activées. Ces mêmes cellules cérébrales sont réactivées chaque fois que la mémoire est rappelée, renforçant les connexions entre les neurones impliqués et imprimant la mémoire sur la mémoire. Des souvenirs que nous rappelons souvent sont donc bien conservés, tandis que d'autres s'estompent. Mais ce qui se passe exactement à l'intérieur de nos neurones qui déclenche ces changements reste incertain. Du moins, jusqu'à maintenant.
Les neuroscientifiques savaient déjà qu'un souvenir ne se forme pas immédiatement, et que s'en souvenir est crucial en soi pour le fixer dans le cerveau. Aujourd'hui, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont également découvert comment une partie importante de ce processus fonctionne efficacement. Ils l'ont examiné à l'échelle moléculaire dans les chromosomes des cellules engrammes.
Ils ont inséré un marqueur fluorescent dans le génome de souris, qui s'est allumé lorsqu'un gène spécifique appelé Arc a été exprimé. Ils ont entraîné les animaux à un certain endroit pour qu'ils aient peur d'un son spécifique, puis les ont ramenés à cet endroit quelques jours plus tard pour réactiver la mémoire. Dans la zone du cerveau appelée hippocampe, les cellules engrammes qui se sont formées et ont rappelé la mémoire se sont ensuite décolorées. De cette façon, les scientifiques ont pu facilement distinguer les cellules engrammes des autres cellules cérébrales au microscope lors d'une autopsie.
Dans les noyaux des cellules engrammes, les chercheurs ont constaté que lorsque la mémoire s'est formée, l'architecture de la chromatine - la collection d'ADN et de protéines régulatrices qui composent les chromosomes - avait légèrement changé. Des parties de la chromatine s'étaient réarrangées afin que les gènes puissent plus facilement agir pour améliorer et préserver un souvenir. "Vous pouvez en fait considérer l'ensemble du processus de formation de la mémoire comme une forme de travail préparatoire", explique Li-Huei Tsai, directeur de l'Institut Picower pour l'apprentissage et la mémoire, qui était co-responsable de l'étude.
Cette conclusion n'était pas claire dès le début de l'expérience. Juste après la formation de la mémoire, il n'y avait pas de différences majeures dans la façon dont les cellules engrammes exprimaient leurs gènes. Mais les chercheurs ont remarqué quelques changements structurels dans la chromatine des cellules. Certaines parties de l'ADN se sont déplacées, de sorte qu'elles n'étaient plus recouvertes de protéines de chromatine et d'autres morceaux d'ADN. De cette façon, les gènes de cet ADN sont devenus plus accessibles aux amplificateurs :éléments génétiques qui favorisent l'activation des gènes.
Quelques jours plus tard, les chercheurs ont constaté d'autres changements. L'ADN s'était encore réarrangé, rapprochant de nombreux activateurs des gènes spécifiques qu'ils ciblaient. Pourtant, l'expression des gènes n'avait toujours pas changé radicalement. "J'étais vraiment découragé à l'époque", a déclaré l'auteur principal Asaf Marco, postdoctorant au MIT. "Cela n'avait aucun sens."
'L'ensemble du processus de formation de la mémoire peut être considéré comme une forme de travail préparatoire'
Mais lorsqu'ils ont remis les souris dans l'environnement où la mémoire s'était formée à l'origine, une vague d'expression génétique a suivi. Les changements structurels dans les activateurs correspondaient à ces schémas d'activation, entraînant des connexions plus fortes entre les neurones impliqués. Ce n'est qu'à ce moment-là que Marco s'est rendu compte que ces changements dans la structure de la chromatine préparaient en fait les cellules à amplifier les souvenirs lorsqu'ils étaient rappelés.
"Vous pouvez presque le considérer comme un échauffement avant une séance d'entraînement", explique Steve Ramirez, professeur adjoint de sciences du cerveau et psychologiques à l'Université de Boston. Au fur et à mesure que nous formons une mémoire, les cellules engrammes se préparent à exprimer des gènes qui créeront et renforceront les connexions entre les cellules. Mais les cellules ne peuvent tirer pleinement parti de ces changements sous-jacents que lorsque la mémoire est rappelée. « Ils sont prêts à passer à l'action et à faciliter le processus de commémoration », dit-il. "Cette idée est très tentante à croire."
Au cours des dix dernières années, plusieurs groupes de recherche sur les engrammes ont soupçonné que les changements structurels de la chromatine stimulent la cellule à former et à stocker des souvenirs. "Nous le pensions tous, mais c'est un excellent article qui le montre efficacement", a déclaré Iva Zovkic, professeure adjointe de psychologie à l'Université de Toronto.
De plus, le concept de l'étude était étayé par de nouveaux types de preuves :la phase de formation de la mémoire a été séparée de celle du souvenir, afin de voir exactement quand les changements structurels jouent un rôle. "C'est une façon beaucoup plus directe de le montrer que tout ce qui a été fait auparavant", a déclaré Zovkic.
Selon Ramirez, les nouvelles technologies capables d'analyser les changements génétiques et cellulaires à très petite échelle ont déclenché une renaissance de la neuroscience des engrammes ces dernières années. Lier les changements moléculaires dans les systèmes cérébraux au comportement est quelque chose qui n'est devenu possible que récemment. "L'une des choses les plus excitantes à propos de cet article est qu'il a vraiment zoomé sur ce niveau sans précédent", dit-il. "C'est vraiment magique de voir ce genre de résolution."
'Actuellement, nous ignorons 95 % du génome'
Cependant, même les outils les plus avancés ne peuvent pas surveiller la formation de la mémoire aussi précisément chez les animaux vivants, ni chez les humains. Ces processus ont été observés chez la souris, il est donc possible que les cellules humaines ne suivent pas les mêmes schémas car elles codent des souvenirs plus complexes et qui se chevauchent. "À ce stade, il est très difficile d'évaluer dans quelle mesure cela peut être traduit en recherche humaine", a déclaré Shawn Liu, professeur adjoint de physiologie et de biophysique cellulaire à l'Université de Columbia.
Certaines parties de la mémoire des souris et des humains se ressemblent. Par exemple, l'hippocampe, essentiel à la mémoire et à l'apprentissage, est proche du centre du cerveau. Mais parce qu'il existe également des différences entre l'hippocampe humain et celui des souris, les résultats de l'étude peuvent être moins applicables aux humains. Néanmoins, des trouvailles fascinantes au sein de ce nouveau sous-domaine. "L'amorçage - dans le sens où le cerveau se prépare à former une mémoire - est un modèle explicatif très attrayant", déclare Tsai.
Selon Ramirez, davantage de ces expériences sont nécessaires pour déterminer quelles cellules cérébrales suivent ces schémas et si les schémas sont les mêmes pour différents types de souvenirs :moments émotionnels, aptitudes physiques ou informations visuelles. Une vision plus large de la manière exacte dont nous formons les souvenirs peut conduire à des traitements pour des conditions telles que le trouble de stress post-traumatique ou la maladie d'Alzheimer. De plus, les souvenirs sont trop persistants, ou tout simplement pas assez persistants.
Il reste encore beaucoup à apprendre sur ces changements dans l'architecture de la chromatine. De nombreux facteurs environnementaux, tels que l'alimentation ou le stress, peuvent modifier l'arrangement de l'ADN et des protéines dans la chromatine. Et cela peut avoir des conséquences négatives lorsque l'ADN est exprimé et affecte le comportement des cellules.
D'autres études pourraient également se concentrer sur ce que l'on appelle «l'ADN indésirable»:les nombreuses régions d'ADN qui ne codent pas pour les protéines ou qui n'ont pas d'autres effets clairs sur le cerveau. "Actuellement, nous ignorons en fait 95 % du génome", déclare Marco. Mais tout comme les amplificateurs pilotent cet aspect du codage de la mémoire, le reste de ces gènes pourrait également jouer un rôle essentiel. "Nous avons cartographié le génome, mais nous n'en comprenons toujours pas la majeure partie", dit-il.
Cet article a déjà été publié dans le magazine Quanta.
Traduction :Luca Desmet
