Lire une phrase, suivre une conversation, résoudre un problème ou décider de la marche à suivre : tout cela repose sur la mémoire de travail. Il permet au cerveau de garder une information à l’esprit pendant quelques secondes, même après la disparition du stimulus, pour pouvoir la comparer à de nouvelles informations, la manipuler et l’utiliser pour guider notre comportement. Elle joue donc un rôle essentiel dans le passage de la perception à la pensée, et de la pensée à l’action.
Des scientifiques de l’UNIGE montrent que cette fonction repose en partie sur une petite structure cérébrale profonde, le claustrum, dont les neurones permettent de garder une trace des informations pendant des dizaines de secondes. De plus, l’inhibition du claustrum entraîne une baisse marquée des performances de la mémoire de travail. Ces résultats, publiés dans Communications naturellesajoutent une pièce au puzzle des circuits qui sous-tendent la pensée, un enjeu clé pour les troubles de la mémoire de travail altérés, notamment le TDAH et la schizophrénie.
Sans mémoire de travail, il serait difficile de penser, comprendre, décider ou adapter notre comportement. Indispensable, elle est aussi extrêmement exigeante pour le cerveau. Les informations sensorielles disparaissent quelques instants après la fin du stimulus, mais leur représentation doit rester suffisamment stable pour être utilisée plus tard.
Comment le cerveau parvient-il à retenir des informations qui n’existent plus ? Nous savons désormais que la mémoire de travail ne dépend pas d’une seule région cérébrale, mais de l’interaction de vastes réseaux impliquant, entre autres, le cortex préfrontal, les régions sensorielles, le cortex pariétal, le thalamus et d’autres structures sous-corticales. Cependant, la manière dont ces réseaux maintiennent une représentation de l’information au fil du temps reste largement inconnue.
Pour décrypter ces mécanismes, les équipes dirigées par Alan Carleton, professeur titulaire au Département de neurosciences fondamentales de la Faculté de médecine, et Ivan Rodriguez, professeur titulaire au Département de génétique et évolution de la Faculté des sciences, ont entrepris d’explorer le rôle du claustrum dans la mémoire de travail. Cette fine structure se trouve profondément dans le cerveau, entre le cortex insulaire et le striatum. «Ses neurones sont connectés à presque toutes les régions du cortex, ce qui le place dans une bonne position pour recevoir et influencer des informations provenant de réseaux très différents», explique Alan Carleton.
Une trace qui survit à l’attente
Pour tester cela, les scientifiques ont étudié des souris qui ont reçu une première information, soit une odeur, soit une stimulation tactile. Ils devaient ensuite attendre plusieurs secondes avant de recevoir un deuxième stimulus et déterminer s’il était identique ou différent du premier. Durant cet intervalle, le stimulus initial avait disparu. Mais pour réussir cette tâche, les souris devaient en conserver une représentation interne.
Nos enregistrements en direct de l’activité des neurones du claustrum ont montré qu’une trace de l’information initiale persistait pendant toute la période d’attente. Loin d’être une mémoire statique, l’activité neuronale évolue avec le temps. Néanmoins, l’identité du stimulus est restée suffisamment présente pour être décodée jusqu’à 30 secondes plus tard. »
Ivan Rodriguez, professeur ordinaire, Département de génétique et évolution, Faculté des sciences, UNIGE
Sans le claustrum, la mémoire faiblit
Pour déterminer si cette structure est réellement nécessaire à la mémoire de travail, ou si elle l’accompagne simplement, les scientifiques ont temporairement réduit l’activité des neurones du claustrum. L’équipe a notamment utilisé l’optogénétique, une technique qui rend certains neurones sensibles à la lumière grâce à des protéines spécifiques, permettant de contrôler leur activité avec une fibre optique à des moments précis de la tâche. Lorsque cette activité neuronale était perturbée, les performances de la mémoire de travail des souris étaient réduites de moitié.
« Le résultat était similaire quel que soit le type de stimulus, olfactif ou tactile, et quel que soit le moment où la perturbation survenait pendant la période d’attente entre les deux stimuli », ajoute Alan Carleton. « De plus, la perturbation du claustrum altère spécifiquement la capacité d’utiliser les informations temporairement détenues pour guider le comportement, sans affecter la perception elle-même. »
Qu’est-ce que cela signifie pour les troubles cognitifs ?
La mémoire de travail repose ainsi sur l’activité dynamique des réseaux neuronaux, qui doivent préserver les informations tout en permettant au cerveau de continuer à percevoir, à penser et à agir. Le claustrum joue un rôle central dans cette architecture complexe grâce à ses connexions avec de nombreuses régions corticales impliquées.
« Notre découverte pourrait nous aider à mieux comprendre les troubles cognitifs dans lesquels la mémoire de travail est altérée, comme la schizophrénie ou le TDAH », explique Alan Carleton. « Identifier les circuits cérébraux qui permettent de maintenir l’information dans le temps est une étape importante vers la compréhension de la manière dont ces fonctions peuvent être perturbées. Nous devons maintenant déterminer comment le claustrum communique avec les réseaux corticaux, et comment cette interaction préserve la fidélité des représentations contenues dans la mémoire de travail. »
