Pour la première fois, des scientifiques ont enregistré des cellules nerveuses humaines fonctionnant ensemble dans des assemblages flexibles, un processus qui semble nécessaire pour coder avec succès des souvenirs à long terme, selon une étude menée par des chercheurs de l’UT Southwestern. Les conclusions, publiées dans Communication Naturepourraient conduire à de nouvelles façons de ralentir, de prévenir ou même d’améliorer la perte de mémoire causée par la maladie d’Alzheimer et d’autres types de démence.
Ces assemblages sont importants car nous pensons qu’il s’agit d’une unité fondamentale du fonctionnement du cerveau, notamment pour créer de nouveaux souvenirs. »
Bradley Lega, MD, professeur agrégé de chirurgie neurologique, de neurologie et de psychiatrie à l’UTSW, et Peter O’Donnell Jr. Brain Institute
Des recherches antérieures sur des rongeurs ont montré que lorsque ces animaux forment des souvenirs d’un événement ou d’un épisode spécifique, des groupes de cellules nerveuses, ou neurones, dans le cerveau se déclenchent ensemble dans une fenêtre temporelle étroite d’environ 25 millisecondes (0,025 seconde). Cette fenêtre temporelle est définie par des ondes cérébrales clés impliquées dans la mémoire, appelées oscillations gamma.
En tirant si près les unes des autres dans le temps, les ondes cérébrales peuvent organiser le moment où les neurones d’assemblage se déclenchent et favoriser les connexions entre eux. Bien que ces assemblages aient été bien établis dans des modèles de laboratoire, ils n’avaient jamais été observés chez l’homme, et on ne savait pas si ce même mécanisme de base s’appliquait à l’activité cérébrale humaine.
Pour rechercher leur existence, le Dr Lega, son collaborateur fréquent de l’UTSW, Brad Pfeiffer, Ph.D., professeur adjoint de neurosciences et boursier de la Southwestern Medical Foundation en recherche biomédicale, et un collègue de l’Université de Columbia ont travaillé avec des patients au suivi de l’épilepsie de l’UTSW. Unité, où les patients épileptiques restent plusieurs jours avant de subir une intervention chirurgicale pour retirer les parties endommagées de leur cerveau qui déclenchent des crises. Les électrodes implantées dans leur cerveau aident non seulement les chirurgiens à identifier avec précision les foyers de crise, a déclaré le Dr Lega, mais fournissent également des informations précieuses sur le fonctionnement interne du cerveau.
Les chercheurs ont enregistré l’activité des électrodes placées dans les lobes temporaux mésiaux (MTL), une zone clé pour former des souvenirs. Alors que les chercheurs enregistraient l’activité à une résolution de neurone unique, les patients effectuaient des tâches de mémoire dans lesquelles ils essayaient de mémoriser des listes de plusieurs mots, puis d’en rappeler autant qu’ils le pouvaient.
L’analyse de ces enregistrements a révélé que ces cerveaux présentaient le même phénomène que chez les rongeurs, avec des groupes de neurones s’activant ensemble sur des échelles de temps d’environ toutes les 25 millisecondes. Plutôt que d’être les voisins les plus proches, ces neurones étaient souvent dispersés dans les MTL des patients.
Cependant, les Drs. Lega et Pfeiffer et leurs collègues ont remarqué une différence clé par rapport aux résultats chez les rongeurs. Plutôt que d’être fixés de manière permanente, ces assemblages étaient généralement flexibles, les membres neuronaux se rejoignant et se décrochant en 20 à 30 minutes. En fait, a déclaré le Dr Lega, plus les assemblages d’un patient se sont comportés de manière flexible, mieux il a réussi la tâche de mémoire.
« Ces assemblages de neurones agissent plus comme un groupe de musiciens qui se réunissent pour quelques concerts, puis rejoignent d’autres groupes », a expliqué le Dr Lega. « Les oscillations gamma agissent comme le chef d’orchestre, s’organisant lorsque les neurones individuels jouent leurs notes. »
Parce que cette flexibilité semble être la clé d’une mémoire épisodique réussie, a-t-il ajouté, elle pourrait être un biomarqueur utile pour les interventions de développement du laboratoire du Dr Lega et d’autres qui visent à aider les personnes souffrant de perte de mémoire.
Gray Umbach, MD, un ancien étudiant en médecine de l’UTSW qui est maintenant résident en neurochirurgie à l’Université de Californie à San Francisco, était l’auteur principal de l’étude. Le chercheur de l’UTSW, Ryan Tan, a également contribué.
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