Don Arnold est professeur de sciences biologiques et de sciences biomédicales à l'USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. Cet article est originellement paru sur The Conversation.
Tous les dispositifs de stockage de mémoire, du cerveau humain à la RAM d'un ordinateur, conservent les informations en modifiant leurs propriétés physiques. Il y a plus de 130 ans, le neuroscientifique pionnier Santiago Ramón y Cajal a proposé pour la première fois que le cerveau stocke les informations en réorganisant les connexions synaptiques entre les neurones.
Depuis, les neuroscientifiques s'efforcent de comprendre les changements physiques liés à la formation des souvenirs. Visualiser et cartographier les synapses reste toutefois un défi majeur : ces structures minuscules, regroupées de manière dense, sont environ 10 milliards de fois plus petites que l'objet le plus petit visible par une IRM clinique standard. De plus, un cerveau de souris – souvent utilisé en recherche – compte près d'un milliard de synapses, toutes de couleur opaque à translucide, semblable aux tissus environnants.
Une nouvelle technique d'imagerie développée par mon équipe et moi nous a permis de cartographier les synapses pendant la formation de souvenirs. Nous avons découvert que ce processus modifie les connexions entre cellules cérébrales : certaines régions en créent de nouvelles, tandis que d'autres en perdent.
Auparavant, les recherches se concentraient sur l'enregistrement des signaux électriques neuronaux. Ces études ont confirmé que les neurones modifient leur réponse à certains stimuli après formation d'un souvenir, sans identifier les mécanismes sous-jacents.
Pour observer les changements physiques du cerveau lors de la formation d'une mémoire, nous avons réalisé des cartes 3D des synapses de poissons-zèbres avant et après apprentissage. Ce modèle est idéal : son cerveau fonctionne comme celui des humains, tout en étant petit et transparent pour une observation in vivo.
Nous avons induit une mémoire via un conditionnement classique : apparition simultanée d'un stimulus neutre (sans réaction) et d'un stimulus aversif (à éviter). Après appariement répété, l'animal réagit au neutre comme à l'aversif, signe d'une mémoire associative.
Stimulus aversif : chauffage légère de la tête par laser infrarouge. Évitement par battement de queue. Stimulus neutre : lumière. Une réaction à la lumière post-entraînement indique le souvenir.
Les poissons ont été modifiés génétiquement pour exprimer des protéines fluorescentes liant les synapses, les rendant visibles. Notre microscope sur mesure, utilisant une faible dose laser, minimise les dommages, préservant structure et fonction neuronales.
Comparaison des cartes 3D pré- et post-apprentissage : dans le pallium dorsal antérolatéral, formation de nouvelles synapses ; dans le pallium dorsal antéromédial, perte de synapses. Cela évoque une analogie avec l'amygdale mammalienne, siège des souvenirs de peur.
Surprenamment, les variations de force des synapses existantes étaient minimes, indistinguables des contrôles sans apprentissage. La mémoire associative repose ainsi sur la création et la perte de synapses, plutôt que sur le renforcement des existantes.
Cette méthode ouvre des perspectives sur le mécanisme de la mémoire et des traitements pour troubles neuropsychiatriques comme le SSPT ou les addictions.
Les souvenirs associatifs, forts et durables, rappellent les traumatismes du SSPT où stimuli neutres déclenchent des rappels douloureux. Notre étude éclaire pourquoi ils persistent.
La thérapie d'exposition, traitement courant du SSPT, réexpose aux stimuli déclencheurs pour atténuer les souvenirs. Succès partiel, avec rechutes, suggérant une persistance synaptique. Vidéo liée au conditionnement classique et thérapie d'exposition.
Mon laboratoire développe une technologie pour éliminer précisément les synapses sans léser les neurones. Tests prévus sur poissons-zèbres ou souris pour vérifier si cela altère les mémoires associatives.
Effacer physiquement les souvenirs sous-tendant SSPT ou addictions pourrait révolutionner les soins, une fois les modifications synaptiques précisées et défis éthiques/techniques surmontés. Une "chirurgie synaptique" futuriste pour guérir les mauvais souvenirs ?
