Comment les souvenirs se développent-ils et pourquoi est-il difficile d'y accéder ?

"Nous ne pouvons pas essayer de traiter un trouble de la mémoire si nous ne savons pas comment les souvenirs sont normalement formés et stockés dans le cerveau", explique le Dr Sheena Josselyn, une chercheuse financée par Brain Canada et basée à l'Hôpital pour enfants malades (SickKids) et à l'Université de Toronto, qui étudie ces questions.

"Nous n'avons pas encore tout compris, mais nous avançons à grands pas

- Dr Sheena Josselyn

En fait, deux avancées majeures ont récemment été rendues possibles grâce à la plateforme du Dr Josselyn financée par Brain Canada. La première porte sur le développement de la mémoire et la seconde sur le rappel de la mémoire.

Une cause moléculaire au changement de mémoire dans la petite enfance

Entre quatre et six ans, les souvenirs d'un enfant passent d'une mémoire générale à une mémoire épisodique ou événementielle. En d'autres termes, le contenu des souvenirs commence à être plus spécifique. Le Dr Josselyn, le Dr Paul Frankland, auteur principal de l'étude, Adam Ramsaran, étudiant en doctorat financé par Brain Canada, et leurs équipes de recherche ont mené l'une des premières études à examiner ce changement dans le développement de la mémoire chez des souris juvéniles. Ils ont identifié une cause moléculaire potentielle de ce changement et ont publié leurs travaux dans la revue à fort impact Science.

La cause moléculaire qu'ils ont identifiée est une matrice dense, connue sous le nom de réseau périneuronal, qui se développe autour de cellules spécialisées appelées interneurones exprimant la parvalbumine (PV) dans l'hippocampe. Ces interneurones sont responsables de la limitation de la taille de la trace mnésique dans le cerveau et de la spécificité de la mémoire. L'équipe a constaté qu'à mesure que le réseau périneuronal se développe autour d'eux, les interneurones mûrissent, ce qui a pour effet de rendre plus clairsemées les traces de la mémoire dans le cerveau et de faire passer les souvenirs d'un caractère général à un caractère plus spécifique.

En s'appuyant sur cette découverte, l'équipe a pu accélérer la croissance du réseau périneuronal chez les souris juvéniles et permettre la formation de souvenirs spécifiques plutôt que généraux. Ces résultats alimentent la recherche sur le développement de l'enfant à SickKids et à l'université de Toronto.

"En dehors du développement de la mémoire, des mécanismes similaires de maturation sont impliqués dans différents systèmes sensoriels du cerveau ", explique le Dr Frankland, scientifique principal à SickKids et membre de l'équipe pour la subvention de la plateforme financée par Brain Canada. "Le même mécanisme cérébral peut être utilisé par plusieurs régions du cerveau à des fins différentes, ce qui ouvre de nouvelles perspectives de recherche et de collaboration

Utiliser de nouveaux outils pour tester une vieille hypothèse

Le Dr Josselyn et son équipe ont également prouvé pour la première fois qu'une hypothèse vieille de plusieurs décennies pour expliquer le rappel de mémoire - et l'absence de rappel - tient la route au niveau des neurones. Ils ont publié cette preuve dans la revue à fort impact Neuron en juin 2023.

L'hypothèse de la spécificité de l'encodage expliquant le rappel des souvenirs a été élaborée par le Dr Endel Tulving, pionnier canadien de la recherche, dans les années 1960 et 1970. Selon cette hypothèse, nous nous souvenons mieux des souvenirs lorsque les conditions de récupération correspondent aux conditions d'entraînement.

Cette idée a été validée par de nombreuses études comportementales. L'une des préférées du Dr Josselyn est une expérience de 1975 au cours de laquelle des chercheurs ont fait passer un test à deux groupes de plongeurs sous-marins entraînés ; un groupe a reçu une liste de mots à mémoriser sur terre et le second groupe a reçu une liste de mots à mémoriser sous l'eau. Les plongeurs se souvenaient mieux des listes de mots lorsque les conditions d'encodage et de récupération étaient identiques. En d'autres termes, même si les plongeurs apprenaient sous l'eau - et vous supposez qu'ils se souviendraient mieux sur terre - ils se souvenaient mieux de la liste sous l'eau.

Le Dr Josselyn et son équipe ont cherché à s'appuyer sur ces études comportementales pour explorer l'hypothèse de la spécificité de l'encodage à un niveau plus profond, celui des neurones individuels.

On pense que les souvenirs d'expériences sont stockés dans des ensembles de neurones qui sont co-actifs au moment de l'expérience. Appelés traces mémorielles ou engrammes, ces ensembles sont actifs lorsque nous vivons une expérience et le sont également lorsque nous nous en souvenons. À l'aide d'une série d'outils sophistiqués financés par sa subvention de soutien à la plateforme financée par Brain Canada, la Dre Josselyn et son équipe ont étudié comment les engrammes dans le cerveau de la souris sont réactivés dans ces différentes conditions. Le microscope personnalisé qu'ils ont construit, par exemple, leur permet essentiellement d'observer le cerveau de la souris à l'œuvre.

"Nous disposons de tous ces outils avancés pour tester des hypothèses qui ont été prouvées sur le plan comportemental - chez les vers, les fourmis, les souris et les humains - au niveau des neurones individuels. Nous n'avions jamais pu le faire auparavant. C'est quelque chose que je n'aurais jamais pensé voir au cours de ma vie scientifique", explique le Dr Josselyn. "C'est une période très intéressante pour les neuroscientifiques

En observant des souris réfléchir, le Dr Josselyn et son équipe ont montré que la réactivation optimale des neurones - et le rappel de mémoire qui l'accompagne - se produit effectivement lorsque les conditions de récupération correspondent étroitement aux conditions d'entraînement.

Prochaine étape

La prochaine étape pour le premier projet sur la façon dont les souvenirs d'un enfant changent est d'utiliser les capacités d'imagerie qu'ils ont développées pour étudier leur découverte de façon encore plus détaillée et approfondir leur compréhension du mécanisme moléculaire.

"La subvention de la plateforme de Brain Canada a rendu possible toute cette recherche de pointe ", explique le Dr Josselyn.

Grâce à la plateforme, le Dr Josselyn et l'équipe développent également des pipelines d'analyse qui permettent à d'autres chercheurs d'explorer ce type de questions sans disposer d'une expertise informatique avancée au sein de leur équipe - et sans avoir à acheter et à installer leur propre microscope personnalisé.

Les recherches du Dr Josselyn nous rapprochent de la compréhension exacte de la manière dont les informations sont codées, stockées et utilisées, et de ce qui se passe lorsqu'elles ne sont pas codées, stockées ou utilisées correctement. Cette compréhension est cruciale pour traiter les pathologies qui affectent le cerveau, comme les troubles du spectre autistique, qui sont des déficits dans la manière dont nous stockons et utilisons l'information.

"L'infrastructure de la plateforme nous permet de tester ces questions fondamentales sur le cerveau et d'apporter de vraies réponses qui peuvent être traduites en aide pour les personnes qui en ont besoin, ce qui est l'objectif"

- Sheena Josselyn

Le Dr Sheena Josselyn est la chercheuse principale d'une subvention de soutien à la plateforme de Brain Canada intitulée SLAP-CAN In vivo Imaging Facility et est membre du comité de recherche de Brain Canada. Elle est scientifique principale au sein du programme de neurosciences et de santé mentale de l'Hospital for Sick Children de Toronto et professeur aux départements de psychologie et de physiologie de l'Université de Toronto.

Pour en savoir plus, consultez le site braincanada.ca