Les scientifiques du MIT identifient les circuits cérébraux de la formation de la mémoire

Modèle schématique montrant comment la mémoire est consolidée dans le cortex préfrontal et comment les circuits à travers l'amygdale changent lorsque les cellules de l'hippocampe deviennent muettes et que les engrammes corticaux deviennent actifs.

Source: Gracieuseté de RIKEN

Une nouvelle étude sur les souris du Massachusetts Institute of Technology (MIT) a identifié un nouveau modèle schématique et chronologie illustrant comment les souvenirs sont consolidés dans le cortex préfrontal (PFC) après avoir été relayé d'une partie du cerveau à l'autre pour un stockage à long terme .

Ce rapport, «Engrams and Circuits Crucial pour la consolidation des systèmes d'une mémoire», a été publié en ligne avant la publication le 6 avril dans la revue Science . Susumu Tonegawa, directeur de l'Institut des sciences cérébrales RIKEN-MIT et du Centre de génétique des circuits neuronaux (CNCG) était l'auteur principal de cette étude. Ces résultats défient les modèles historiques de la formation de la mémoire à long terme et peuvent conduire à des révisions de certains modèles de consolidation de la mémoire dominante, selon les chercheurs du MIT.

D'autres contributeurs à cette étude révolutionnaire incluent l'auteur principal Takashi Kitamura, les postdocs Sachie Ogawa, Teruhiro Okuyama et Mark Morrissey; avec l'étudiant diplômé Dheeraj Roy, l'associé technique Lillian Smith et l'ancien postdoc Roger Redondo.

La nouvelle étude MIT de Kitamura et al. révèle, pour la première fois, que les souvenirs sont initialement formés simultanément dans l'hippocampe et les neurones spécialisés dans le cortex préfrontal appelés «cellules engrammes» qui consolident les souvenirs à long terme au fil du temps. Dans une déclaration à MIT News, Tonegawa a déclaré: "Ceci et d'autres conclusions dans ce document fournissent un mécanisme de circuit complet pour la consolidation de la mémoire."

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Pour déterminer quelles zones spécifiques du cortex cérébral étaient importantes pour former une mémoire à long terme, les chercheurs ont bloqué les intrants dans différentes zones du cerveau pendant le conditionnement et le rappel de la mémoire sur une période de trois semaines. Étonnamment, les chercheurs ont constaté que les souvenirs à long terme restent «silencieux» dans le cortex préfrontal pendant environ deux semaines avant de mûrir et de se consolider dans des souvenirs permanents à long terme.

L'auteur principal Takashi Kitamura a déclaré dans un communiqué: "Nous avons découvert l'existence de cellules engrammes corticales, mais il s'avère qu'elles ne se sont pas formées progressivement au fil du temps. Ils se forment en même temps que la mémoire initiale dans l'hippocampe. "Morrissey a ajouté:" Ils sont formés en parallèle mais ensuite ils vont de différentes manières à partir de là. Le cortex préfrontal devient plus fort et l'hippocampe s'affaiblit. "

Le cortex préfrontal, l'hippocampe et l'amygdale travaillent ensemble pour consolider les souvenirs à long terme sur une période de 12 jours

Une étude MIT des circuits neuronaux qui sous-tendent le processus de la mémoire révèle, pour la première fois, que les souvenirs sont formés simultanément dans l'hippocampe et l'emplacement de stockage à long terme dans le cortex du cerveau. Cette image montre des cellules d'engramme de mémoire (vert et rouge) qui sont cruciales pour le stockage permanent de la mémoire dans le cortex préfrontal.

Source: Avec l'aimable autorisation de Takashi Kitamura, laboratoire de Tonegawa

Cette étude montre comment la connectivité fonctionnelle avec d'autres régions du cerveau permet aux cellules engrammes corticales de mûrir et de devenir des mémoires permanentes à long terme dans les neurones PFC sur une période d'environ 12 jours. Plus précisément, les chercheurs ont marqué les cellules de la mémoire dans trois parties du cerveau: le cortex préfrontal , l' hippocampe (HPC) et l' amygdale basolatérale (BLA). Notamment, ils ont trouvé le BLA stocke à la fois les associations émotionnelles positives et négatives à une mémoire en conjonction avec le PFC et le HPC.

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Les résultats suggèrent que les théories traditionnelles de la consolidation de la mémoire à long terme peuvent seulement être partiellement précises. Les souvenirs semblent se former rapidement et simultanément dans le cortex préfrontal et l'hippocampe le jour où un premier souvenir est créé. Ensuite, la mémoire est consolidée dans le PFC au fil du temps.

Historiquement, l'hippocampe a été considéré par la plupart des experts comme le «centre mémoire» et le cortex préfrontal était considéré comme le siège des «fonctions exécutives» telles que la planification, la régulation émotionnelle, le contrôle des impulsions, la flexibilité cognitive, etc. vues du rôle que l'hippocampe et le cortex cérébral jouent dans la consolidation de la mémoire.

Kitamura et ses collègues ont également découvert que les cellules engrammes liées aux événements émotionnels positifs et négatifs étaient codées dans l'amygdale, qui est connectée à l'hippocampe et au cortex préfrontal dans le cadre d'un réseau de neurones. Les dernières découvertes du MIT peuvent démystifier un autre mythe populaire selon lequel l'amygdale est le «centre de la peur» du cerveau.

Fait intéressant, une fois qu'une mémoire s'est formée dans les cellules engrammes de l'amygdale basolatérale, elle est restée inchangée tout au long de l'expérience. Les cellules de mémoire Engram dans l'amygdale apparaissent nécessaires pour la communication d'un spectre d'émotions liées à une mémoire particulière. L'amygdale agit comme un type de relais émotionnel entre l'hippocampe et le cortex préfrontal.

Les progrès technologiques du laboratoire MIT de Tonegawa font progresser notre compréhension des cellules engrammes et des circuits cérébraux nécessaires à la formation de la mémoire

En 2012, le laboratoire de Tonegawa a développé une percée technologique qui leur a permis d'étiqueter des cellules engrammes spécifiques dans diverses parties du cerveau contenant des souvenirs spécifiques. Cela a permis aux chercheurs de tracer les circuits du cerveau impliqués dans la formation de la mémoire, le stockage et la récupération. Grâce à l'optogénétique à la fine pointe de la technologie, l'équipe de Tonegawa a pu activer et désactiver les cellules cibles en utilisant des éclats de lumière. Faire tourner ces cellules "sur" des souvenirs réactivés artificiellement dans des cellules engrammes spécifiques.

Pour leur dernière étude, les chercheurs du MIT ont étiqueté des cellules de mémoire chez la souris au cours d'un événement de conditionnement de la peur – qui était un léger choc électrique du pied délivré lorsque la souris est dans une chambre particulière. Optogénétique leur a permis d'observer le comportement de la congélation conditionné par la peur subséquente lorsque des cellules engrammes spécifiques ont été réactivés. Ces résultats ont également été corroborés en plaçant les souris dans la chambre d'origine où les chocs au pied avaient d'abord été délivrés pour observer un rappel naturel de la mémoire basée sur la peur.

Plus de recherche est nécessaire pour déterminer si les souvenirs disparaissent complètement des cellules de l'hippocampe ou si certaines traces restent dans les cellules de l'hippocampe engramme. Actuellement, les chercheurs du laboratoire de Tonegawa ne peuvent surveiller que les cellules engrammes pendant quelques semaines. Mais ils travaillent sur les progrès de leur technologie qui leur permettra de surveiller ces cellules pendant de longues périodes.

Kitamura a l'intuition que quelque trace d'un souvenir reste indéfiniment dans l'hippocampe et que les détails sont récupérés et mis à jour de temps en temps si un souvenir est déclenché. "Pour discriminer deux épisodes similaires, cet engramme silencieux peut réactiver et les gens peuvent retrouver la mémoire épisodique détaillée, même à des moments très éloignés", a déclaré Kitamura.

À l'avenir, les chercheurs du MIT prévoient également d'étudier comment le processus de maturation d'un engramme de mémoire dans le cortex préfrontal évolue. Restez à l'écoute pour des recherches de suivi du laboratoire de Tonegawa et d'autres qui nous aideront à mieux comprendre comment les cellules d'engramme et les circuits neuronaux complexes travaillent ensemble pour consolider les souvenirs.