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Mardi, 10 octobre 2017
L’engramme mnésique, ou la trace concrète d’un souvenir dans notre cerveau

Comme je l’ai présenté ici le 11 septembre dernier, voici le résumé d’un aspect de mon cours #4 de l’université du troisième âge (UTA) que je donnerai demain à Longueuil et lundi prochain à St-Bruno (l’ordre habituel a été inversé car St-Bruno a fait une pause hier pour l’Action de grâce).

J’ai eu l’idée de choisir cet aspect du cours dont je vais vous parler aujourd’hui en me rappelant une conversation récente avec un ami médecin pourtant généralement bien au fait des avancées en neurosciences. Or celui-ci ne connaissait ni les travaux des dernières années ayant permis de nouveaux développements dans notre compréhension du support biologique de nos souvenirs, ni la technique les ayant rendu possible, l’optogénétique. Alors je me suis dit que ce ne serait peut-être pas inutile d’en parler ici…

Il faut d’abord rappeler qu’au début du 20e siècle, le biologiste allemand Richard Semon a proposé une « théorie de l’engramme mnésique » (the engram theory of memory (Semon, 1923)). En gros, Semon proposait que lorsqu’un sujet expérimente quelque chose, un ensemble de stimuli sélectionnés à partir de cette expérience active des populations entières de neurones, ce qui induit des changements chimiques ou physiques durables dans leurs connexions (l’engramme), chacune de ces assemblées de neurones ainsi sélectionnées contribuant au stockage de la mémoire.

Le concept était visionnaire, comme on va le voir dans un instant, mais la théorie fut presque complètement ignorée jusqu’à tard dans les années 1970 où Daniel Schacter, James Eich, and Endel Tulving l’ont ramenée à l’ordre du jour.

Car la théorie de Semon était très moderne, si l’on peut dire, contenant par exemple implicitement l’idée d’un mécanisme de rappel appelé “pattern completion” : si une partie des stimuli originaux sont rencontrés à nouveau, ces neurones constituant l’engramme sont réactivés pour évoquer le rappel de ce souvenir spécifique. Deux choses importantes à rappeler ici. Quand on dit « réactiver », on veut simplement dire que de l’activité nerveuse va circuler de manière prépondérante dans ces circuits à cet instant donné. L’autre chose, c’est qu’une activation partielle seulement de l’engramme (parce que le stimulus est par exemple dégradé ou légèrement différent du stimulus original) peut être suffisant pour que l’ensemble de l’assemblée de neurones constituant l’engramme « s’embrase » complètement. Et donc que le souvenir nous revienne lui aussi complètement.

C’est de cette façon qu’un concept ou un souvenir peut en évoquer un autre, qui à son tour en évoquera un autre, etc. Il faut lire à ce sujet « L’analogie, cœur de la pensée » de Hofstadter et Sander pour une tonne d’exemple permettant de constater à quel point ce mécanisme semble aussi au cœur des analogies que l’on génère constamment.

L’engramme, c’est-à-dire le substrat physique de notre mémoire au niveau cellulaire, serait donc ces réseaux ou « assemblées de neurones » sélectionnés, les fameuses “cell assemblies” décrites par Donald Hebb en 1949.

C’est en effet l’hypothèse phare qui a guidé l’exploration de l’engramme mnésique. Souvenez-vous, c’est le fameux « neurons that fire together wire togeter » (les neurones qui font feu ensemble se câblent ensemble, ou, si vous voulez, renforcent leurs connexions réciproques).

On pourrait aussi ajouter « neurons out of sync fail to link », mais ça c’est une autre histoire… (que l’on racontera au prochain cours sur les oscillations et les synchronisations d’activité neuronale !)

Où en sommes-nous aujourd’hui avec la théorie de l’engramme ?

Depuis la découverte de la potentialisation à long terme par Bliss et Lomo en 1973, beaucoup de données se sont accumulées sur les mécanismes cellulaires de la plasticité synaptique. Mais aucune ne pouvait lier ces modifications synaptiques dépendantes de l’activité nerveuse aux vastes réseaux de neurones qui forment l’engramme. Engramme qui est activés par des apprentissages spécifiques dont la réactivation par des indices de rappel amène la réponse comportementale adéquate.

C’est là que l’optogénétique, une technique mise au point vers le milieu des années 2000, et que j’avais présentée ici, entre en jeu. Car c’est avec cette technique que Susumu Tonegawa et son équipe ont décrit en 2014 comment ils ont pu carrément identifier et même manipuler des grandes assemblées de neurones correspondant à de tels engrammes mnésiques chez la souris.

L’activation simultanée des milliers de neurones constituant ces assemblées (un exploit impossible avant l’avènement de l’optogénétique) parvenait ainsi à induire le rappel d’un souvenir chez la souris, confirmant que cette activation conjointe était suffisante pour constituer l’engramme de ce souvenir.

Il y a donc aujourd’hui consensus que la modification de l’efficacité synaptique par des mécanismes comme la PLT ou la DLT représente un mécanisme fondamental pour la formation d’engrammes mnésiques distribués dans de multiples régions cérébrales. On s’entend aussi pour dire que le “poids synaptique” (l’efficacité d’une synapse) contrôlerait l’accessibilité de l’information encodée. Et que la connectivité particulière d’une assemblée de neurone contrôlerait la spécificité de l’information encodée.

Pour le dire de façon plus générale, quand on étudie ou qu’on s’entraîne, on modifie l’efficacité de certaines synapses et on sélectionne ainsi des neurones qui vont devenir « habitués de travailler ensemble ». Par conséquent, notre mémoire n’est pas stockée dans notre cerveau comme l’est celle d’un ordinateur sur un disque dur ou un livre dans un tiroir ou une étagère. Ces synapses n’étant jamais exactement les mêmes jour après jour parce que constamment utilisées, la mémoire humaine est forcément une reconstruction.

Ça veut aussi dire que l’intelligence (« whatever that means … ») n’est pas quelque chose qui est fixé d’avance. On peut tous apprendre et s’améliorer durant toute notre vie parce que notre cerveau se modifie constamment (il y a bien sûr des courbes de déclin pour diverses facultés cognitives, en particulier mnésiques, mais certaines sont très faible et tardives…).

Pour conclure, j’aime rappeler cette étude de Carol Dweck publiée en 2006 où l’on a montré que le seul fait d’expliquer aux jeunes (ici de 5e année) que leur cerveau est plastique (et peut donc développer de nouvelles habiletés avec la pratique et l’effort) a des effets positifs sur leur apprentissage futur : les jeunes ont une meilleure attitude après des erreurs ou des échecs; et leur motivation est plus forte pour atteindre la maîtrise d’une compétence !

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