Le cerveau humain a la capacité extraordinaire de distinguer rapidement un étranger d’une personne familière, même s’il peut simultanément se souvenir de détails sur quelqu’un au fil de décennies de rencontres. Aujourd’hui, dans des études sur des souris, des scientifiques de l’Institut Zuckerman de Columbia ont révélé comment le cerveau accomplit ces deux tâches avec élégance.
« Ces résultats sont la première preuve qu’une seule population de neurones peut utiliser différents codes pour représenter des individus nouveaux et familiers », a déclaré l’auteur co-correspondant Stefano Fusi, PhD, professeur de neurosciences au Vagelos College of Physicians and Surgeons de Columbia, chercheur principal. au Zuckerman Institute de Columbia et membre du Center for Theoretical Neuroscience de Columbia.
Dans un article publié aujourd’hui dans Neurone, les scientifiques de Columbia ont exploré la mémoire sociale, la capacité de se souvenir des rencontres avec les autres. Cette forme de mémoire se compose de deux processus mentaux distincts : distinguer les individus nouveaux et familiers et rappeler les détails de ceux qui sont reconnus.
Nous pouvons facilement déterminer si quelqu’un nous est familier, mais nous pouvons avoir des difficultés à nous rappeler les détails de l’endroit et de la manière dont nous connaissons cet individu, en particulier lorsque nous le rencontrons hors de son contexte.
Steven A. Siegelbaum, PhD, auteur co-correspondant, président du département de neurosciences du Vagelos College of Physicians and Surgeons de Columbia
Des travaux antérieurs ont montré qu’il était difficile de déterminer exactement comment le cerveau exécute ces deux tâches, compte tenu de leurs exigences contradictoires. La capacité de détecter si quelqu’un est familier ou non doit s’appliquer à de nombreux lieux et événements différents, tandis que la remémoration implique de se souvenir de nombreuses expériences spécifiques concernant un individu donné.
Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont étudié une zone cérébrale appelée CA2, qui fait partie de l’hippocampe, une paire de structures cérébrales en forme d’hippocampe essentielles à la mémoire. Le Dr Siegelbaum a déjà fait la découverte révolutionnaire selon laquelle les neurones CA2 sont particulièrement importants pour la mémoire sociale.
Les chercheurs ont analysé le cerveau des souris en utilisant l’imagerie calcique, une technique qui repose sur des cellules génétiquement modifiées – dans ce cas, en CA2 – qui changent rapidement de couleur lorsqu’elles sont actives. L’imagerie calcique a permis à Lara Boyle, ancienne étudiante en médecine et doctorat au laboratoire Siegelbaum et co-premier auteur de l’étude, de savoir précisément quels neurones étaient examinés.
« Cela a permis de dissiper l’incertitude des recherches précédentes lorsqu’il s’agissait de distinguer les réponses du cerveau de la souris à des individus nouveaux et familiers », a déclaré le Dr Siegelbaum, Gerald D. Fischbach, MD, professeur de neurosciences et de pharmacologie et chercheur principal à l’Institut Zuckerman.
Les scientifiques ont d’abord enregistré la réaction des cellules CA2 des rongeurs lorsqu’ils étaient exposés soit à deux étrangers, soit à deux compagnons familiers de la même portée. Ils ont ensuite utilisé des méthodes informatiques, dirigées par l’équipe du Dr Fusi, pour analyser le profil d’activité d’environ 400 à 600 neurones de CA2.
Les scientifiques ont découvert que la même population de neurones codait les souvenirs d’individus familiers et inconnus. De manière inattendue, les neurones ont utilisé différents modèles d’activité en fonction du niveau de familiarité de la souris avec un autre rongeur.
Lorsque des souris ont été exposées à d’autres souris qui leur étaient inconnues, l’activité résultante dans le CA2 était relativement simple ou, dans le langage des scientifiques, « de faible dimension ». C’est comme si plusieurs membres d’un orchestre jouaient exactement les mêmes notes, explique le Dr Fusi. En revanche, l’exposition à des compagnons de portée familiers a conduit à une activité CA2 plus complexe et de grande dimension, comme si les musiciens jouaient tous des mélodies différentes.
Les calculs et les simulations des chercheurs suggèrent qu’une activité neuronale plus complexe ou de dimension supérieure peut aider le cerveau à coder les souvenirs détaillés de rencontres passées avec des individus familiers. En revanche, l’activité plus simple ou de dimension inférieure peut aider le cerveau à identifier de manière fiable de nouveaux individus dans différents contextes.
« Lorsque vous rencontrez quelqu’un de nouveau, vous pouvez utiliser des catégories abstraites pour le décrire dans votre tête, par exemple, c’est un enfant aux cheveux bruns et au sac à dos rouge », a déclaré Lorenzo Posani, PhD, associé de recherche postdoctoral et co-premier auteur de l’étude. l’étude qui a dirigé l’analyse informatique. « Ensuite, au fur et à mesure que vous apprenez à les connaître, ils deviennent une personne et une personnalité spécifiques. »
Cette découverte fondamentale sur la manière dont les détails sur les autres sont codés pourrait éclairer les troubles affectant la mémoire.
« Lorsque nous examinons différents modèles murins de maladies humaines telles que la schizophrénie ou la maladie d’Alzheimer, connues pour affecter la mémoire, nous pouvons désormais nous demander plus précisément comment l’activité neuronale qui soutient la détection et la mémorisation de la familiarité pourrait être modifiée », a déclaré le Dr Siegelbaum. « Notre espoir est que ce que nous avons appris puisse conduire à une meilleure compréhension des types d’interventions qui peuvent sauver les déficits de mémoire liés à ces troubles. »
L’article intitulé « Les géométries ajustées des représentations hippocampiques répondent aux exigences informatiques de la mémoire sociale » a été publié en ligne dans Neurone sur les savoirs traditionnels, 2024.
La liste complète des auteurs comprend Lara M. Boyle, Lorenzo Posani, Sarah Irfan, Steven A. Siegelbaum et Stefano Fusi.
