Dans une nouvelle étude, les neurobiologues de la Northwestern University ont constaté que les changements GPS internes du cerveau chaque fois que nous naviguons dans un environnement statique familier.
Cela signifie que si quelqu'un parcourt le même chemin chaque jour – et que le chemin et les conditions environnantes restent identiques – chaque promenade active toujours différentes cellules du cerveau « fabrication de cartes » ou neurones.
Non seulement cette découverte a mis en lumière le mystère fondamental de la façon dont le cerveau traite et stocke les souvenirs spatiaux, mais il pourrait également avoir des implications profondes pour la compréhension des scientifiques de la mémoire, de l'apprentissage et même du vieillissement.
L'étude publiera le mercredi 23 juillet dans la revue Nature.
Notre étude confirme que les souvenirs spatiaux dans le cerveau ne sont pas stables et fixes. Vous ne pouvez pas indiquer un groupe de neurones dans le cerveau et dire: « Cette mémoire est stockée là. » Au lieu de cela, nous constatons que les souvenirs sont passés parmi les neurones. La même expérience impliquera à chaque fois des neurones différents. Ce n'est pas un changement soudain, mais il évolue lentement. «
Daniel Dombeck, auteur principal de l'étude, Northwestern University
Dombeck est professeur de neurobiologie et professeur de recherche et de recherche Wender-Lewis au Weinberg College of Arts and Sciences de Northwestern. L'étude était une collaboration entre Dombeck et trois membres de son laboratoire: Jason Climer, Heydar Davoudi et Jun Young OH. Climer, qui est l'un des comitères de l'étude, est maintenant professeur adjoint de physiologie moléculaire et intégrée à l'Université de l'Illinois, Urbana-Champaign.
Un mystère de mémoire
Situé profondément dans le lobe temporal du cerveau, l'hippocampe stocke des souvenirs liés à la navigation spatiale. Pendant des décennies, les neurobiologues ont pensé que les mêmes neurones hippocampiques codaient des souvenirs des mêmes endroits. En d'autres termes, le chemin que quelqu'un pourrait emprunter de sa chambre à sa cuisine devrait activer exactement la même séquence de neurones à chaque marche de minuit pour un verre d'eau.
Il y a environ 10 ans, cependant, les scientifiques ont imaginé les cerveaux de la souris alors qu'ils traversaient un labyrinthe. Même si les souris traversaient le même labyrinthe jour après jour, différents neurones ont tiré à chaque course. Les scientifiques se sont demandé si les résultats étaient un coup de chance.
« Les gens sur le terrain ont commencé à se demander si les souris avaient vraiment la même expérience pendant chaque course à travers le labyrinthe », a déclaré Dombeck. « Peut-être qu'ils courent plus vite certains jours. Peut-être que les odeurs changent de jour en jour. Peut-être qu'il y a des différences environnementales ou comportementales subtiles et inévitables qui changent l'expérience globale. »
« Nous avons contrôlé tout ce que nous pourrions pouvoir ''
Pour sonder ces questions, Dombeck et son équipe ont conçu une expérience qui leur a donné un contrôle sans précédent sur l'entrée sensorielle de la souris. Premièrement, l'équipe a utilisé un système de réalité virtuelle multisensorielle de pointe – précédemment développé dans le laboratoire de Dombeck – pour garantir que les animaux ont connu des indices visuels identiques. Ensuite, les souris ont traversé le labyrinthe virtuel sur des tapis roulants, assurant une mesure précise de la vitesse. Enfin, les scientifiques ont mis des cônes sur le nez de la souris pour fournir des odeurs identiques à chaque session.
Après avoir exécuté l'expérience plusieurs fois, les résultats étaient clairs. Même dans un monde virtuel hautement reproductible, les neurones codés ont toujours dérivé. La découverte a confirmé que les cartes spatiales du cerveau sont intrinsèquement dynamiques, mettant constamment à jour quelle que soit la statique d'un espace.
« Nous avons contrôlé tout ce que nous pouvions », a déclaré Dombeck. « J'étais convaincu que nous allions obtenir le résultat inverse et montrer que les souvenirs sont vraiment identiques pour le même espace. Mais il s'avère qu'ils ne le sont pas. Un groupe de neurones légèrement différent activé à chaque fois. »
Implications pour le vieillissement
Bien que peu de modèles soient survenus tout au long de l'expérience, Dombeck et son équipe ont remarqué un facteur cohérent. Les neurones les plus excitables, qui étaient plus facilement activés, ont maintenu des souvenirs spatiaux plus stables tout au long de plusieurs courses à travers le labyrinthe virtuel. Parce que l'excitabilité des neurones diminue avec l'âge, la découverte pourrait aider les scientifiques à comprendre le rôle du vieillissement en ce qui concerne la capacité du cerveau à coder de nouvelles souvenirs.
« Certains neurones semblent mieux conserver la mémoire d'origine que d'autres », a déclaré Dombeck. « Les neurones vraiment excitants semblent stocker les souvenirs les meilleurs. Ceux qui tirent plus faiblement sont ceux qui finissent par changer. Il semble donc y avoir une petite composante de la mémoire d'origine qui est toujours là dans cette petite fraction de neurones. »
Dombeck et son équipe réfléchissent toujours à la raison pour laquelle les neurones activés changent même si l'espace reste exactement le même. Bien qu'il ne soit toujours pas sûr, Dombeck a déclaré que la raison pourrait être liée au temps.
« Même si vous avez exactement la même expérience, cela doit se produire à un moment différent », a déclaré Dombeck. « Si je fais du même chemin deux fois, et que c'est identique les deux fois, je veux probablement encore me rappeler que j'ai fait la même randonnée deux fois. Il est possible que le cerveau nous oblige à prendre des expériences très similaires qui se produisent à des moments différents et à les souvenir de manière légèrement différentes. Cela nous donne accès à des souvenirs de ces expériences individuelles. »
L'étude, «les représentations hippocampiques, dérive dans des environnements multisensoriels stables», a été soutenu par les National Institutes of Health (numéro de subvention R01MH101297, T32AG020506 et 1F32NS116023).
