Une nouvelle étude révèle le rôle de l’hippocampe dans deux fonctions de la mémoire

Pour la première fois, une étude chez le rat distingue le rôle de l’hippocampe dans deux fonctions de la mémoire : l’une qui se souvient des associations entre le temps, le lieu et ce que l’on a fait, et l’autre qui permet de prédire ou de planifier des actions futures en fonction d’expériences passées. .

Cette découverte révèle que ces deux tâches de mémoire, toutes deux codées dans l’hippocampe, peuvent être séparées. Cette découverte a des implications importantes pour le traitement un jour des problèmes de mémoire et d’apprentissage rencontrés dans la démence et la maladie d’Alzheimer.

L’étude intitulée « Les codes hippocampiques associatifs et prédictifs prennent en charge les comportements guidés par la mémoire », publiée dans Sciencea utilisé des techniques optogénétiques avancées pour désactiver un type de mémoire tout en conservant l’autre.

“Nous avons découvert que deux codes neuronaux différents soutiennent ces aspects très importants de la mémoire et de la cognition et peuvent être dissociés, comme nous l’avons fait expérimentalement”, a déclaré Antonio Fernandez-Ruiz, professeur adjoint de neurobiologie et de comportement, et enquêteur familial Nancy et Peter Meinig à les sciences de la vie, au Collège des Arts et des Sciences (A&S). Azahara Oliva, professeur adjoint de neurobiologie et de comportement (A&S), est l’un des principaux collaborateurs et co-auteur de l’étude.

Un type de code neuronal contrôle la capacité à établir des associations, comme se rappeler que les pommes sont vendues à l’épicerie du quartier. L’autre type est prédictif et implique la capacité d’utiliser la mémoire de manière flexible pour planifier un nouveau comportement ; par exemple, si vous parcourez toujours le même itinéraire pour vous rendre au magasin, mais qu’un jour la route est fermée, vous pouvez utiliser une carte interne mémorisée du quartier pour faire une prédiction d’un nouvel itinéraire.

Jusqu’à présent, personne ne savait comment l’hippocampe supportait ces fonctions ni s’il existait une relation entre les deux.

Dans l’étude, les chercheurs ont développé un système utilisant de nombreuses électrodes placées dans le cerveau d’un rat pour suivre simultanément l’activité de nombreux neurones pendant que le rat adoptait un comportement. Ensuite, l’équipe a utilisé l’optogénétique pour contrôler très précisément l’activité des neurones. Pour ce faire, les chercheurs injectent un virus dans le cerveau du rat, qui infecte les neurones afin qu’ils expriment une protéine artificielle qui peut activer ou faire taire (selon le type de protéine) ces neurones lorsqu’une lumière est projetée à l’intérieur du cerveau.

Les chercheurs ont peaufiné cette méthode pour perturber sélectivement, mais pas complètement faire taire, un ensemble de neurones. Ils pourraient ainsi affecter certains neurones sans altérer les propriétés générales du cerveau.

Ils ont utilisé cette méthode pour perturber une région de l’hippocampe impliquée dans l’apprentissage d’une nouvelle tâche, comme se déplacer d’un point A à un point D. Lorsqu’un rat se déplace dans un nouvel environnement, les neurones codent pour des étapes importantes, par exemple le rat a pris à gauche au point B, et une droite au point C, pour arriver en D, où il y avait une récompense.

“Cette séquence d’étapes est codée dans le cerveau comme une séquence de cellules qui se déclenchent”, a déclaré Fernandez-Ruiz. “La façon dont nous nous en souviendrons à l’avenir est que lorsque nous dormons, la même séquence d’activité est rejouée, donc les mêmes neurones qui codent (le chemin) se déclencheront dans le même ordre.”

En perturbant une région de l’hippocampe, les chercheurs ont pu brouiller la séquence de neurones qui se déclenchent le long de ce trajet. Lorsqu’ils dormaient, les neurones ne parvenaient pas à se déclencher en séquence pour solidifier la mémoire. Le rat pouvait se souvenir de l’emplacement des points A et D, mais le chemin pour passer de l’un à l’autre était perdu. De cette manière, les aspects associatifs de la mémoire ont été conservés mais la partie prédictive de celle-ci a été perdue.

Dans une expérience, des rats dont les hippocampes étaient perturbés ont dû explorer un labyrinthe et trouver un nouveau chemin chaque jour pour récolter une récompense. “Ce comportement exigeait qu’il forme une carte, qu’il ait des capacités de planification et de prévision, et qu’il s’en souvienne pour guider ses mouvements”, a déclaré Fernandez-Ruiz. Suite à la manipulation de leurs hippocampes, les rats ne se rappelaient plus comment obtenir la récompense.

Dans une deuxième expérience, les rats ont dû apprendre à associer un emplacement particulier de l’environnement à une récompense. Lorsque les capacités prédictives étaient altérées, cette mémoire associative restait intacte. Les chercheurs ont prouvé qu’ils pouvaient dissocier ces deux types de mémoire.

Les résultats ont des implications pour le traitement de la maladie d’Alzheimer et d’autres formes de démence, où les patients souffrent de dégénérescence neurale de l’hippocampe ainsi que de problèmes de mémoire et de navigation.

“En examinant quel type de déficits de mémoire surviennent chez un patient”, a déclaré Fernandez-Ruiz, “nous pouvons essayer de déduire quel type de mécanisme neuronal sous-jacent a été compromis, ce qui nous aidera à développer des interventions plus ciblées”.