L’hippocampe utilise des voies doubles pour le stockage de la mémoire

Le mécanisme par lequel notre cerveau enregistre les événements en stéréo – avec un canal enregistrant les détails et un autre les impressions générales – a été mis au jour par deux neuroscientifiques du RIKEN.

Nos souvenirs ont deux aspects : ils nous permettent de nous rappeler des épisodes précis du passé, mais ils nous permettent aussi d’en tirer des concepts généraux. Par exemple, nous pouvons nous rappeler des détails d’une récente visite chez un ami, mais nous pouvons aussi en extraire des généralisations sur son apparence et sa personnalité.

La région du cerveau connue sous le nom d’hippocampe est responsable de ces deux capacités, mais on ne sait pas exactement comment elle y parvient.

Louis Kang, du Centre de recherche sur le cerveau de l’Université RIKEN (CBS), s’intéresse depuis longtemps à la manière dont les souvenirs sont stockés dans l’hippocampe. « L’hippocampe m’a toujours fasciné », dit-il. « Je pense que l’origine des souvenirs est assez mystérieuse, même aujourd’hui. »

Il est intéressant de noter que l’hippocampe reçoit deux entrées : l’une où les expériences arrivent directement de la région du cerveau en amont de lui ; l’autre où elles font un détour par une autre région du cerveau, où elles subissent un traitement.

Kang et Taro Toyoizumi, également de CBS, se sont demandés si la voie directe qui signale les informations avec une activité neuronale dense représente les souvenirs avec des impressions générales, tandis que l’autre qui le fait avec une activité clairsemée représente tous leurs détails.

Pour tester cette hypothèse, ils ont utilisé des techniques de physique statistique (les deux chercheurs ont une formation commune en physique) pour créer un modèle mathématique des circuits neuronaux de l’hippocampe. Ils ont ensuite testé le modèle à l’aide d’images de trois vêtements : des baskets, un pantalon et un manteau. Ils ont découvert que la première voie stockait les détails de chaque image, tandis que la seconde générait des images conceptuelles générales de chaque type de vêtement.

Leurs travaux ont été publiés dans Nature Communications et Examen physique E.

À ce stade, le modèle fournissait une description plausible de ce qui pouvait se passer dans l’hippocampe, mais des preuves supplémentaires étaient nécessaires pour étayer cette hypothèse. « Notre modèle proposait une explication possible de la façon dont le cerveau se souvient à la fois des souvenirs de type exemple et de type conceptuel », explique Kang. « Mais d’autres explications étaient également possibles. »

Pour obtenir des confirmations supplémentaires, les chercheurs ont testé leur modèle à l’aide d’enregistrements expérimentaux des neurones de l’hippocampe de la souris, disponibles gratuitement en ligne. Ils ont constaté qu’une signature générée par le modèle était également présente dans les enregistrements. « Cela confirme la possibilité que le cerveau se comporte selon notre modèle », explique Toyoizumi.

Enfin, les deux chercheurs ont appliqué la même approche à l’apprentissage automatique, de sorte que les réseaux neuronaux représentent les informations sous forme d’exemples et de concepts. Cela a permis d’améliorer les performances lors de la distinction entre des images similaires et de l’identification de leurs caractéristiques communes.

« Ce travail montre comment l’intelligence biologique peut inspirer de meilleurs algorithmes pour l’intelligence artificielle », note Kang.