Une nouvelle recherche de l'Université du Maryland, comté de Baltimore (UMBC) révèle comment deux parties différentes du centre de la mémoire du cerveau s'associent dans une région clé de récompense pour aider les souris – et probablement les humains – à combiner les souvenirs de lieux et de contextes avec la volonté de rechercher des récompenses.
Les résultats offrent un nouvel aperçu de la manière dont le cerveau intègre les informations sur « où » et « ce qui fait du bien » pour guider les décisions quotidiennes, comme se rendre dans son restaurant préféré pour rencontrer des amis ou rechercher des expériences enrichissantes. Plus précisément, cette découverte, publiée dans le Journal of Neuroscience, montre que les entrées de l'hippocampe dorsal et ventral convergent vers les mêmes neurones individuels dans une autre région du cerveau, le noyau accumbens, où ils interagissent de manière à amplifier les effets de chacun.
La connexion entre l’hippocampe et le noyau accumbens est l’endroit où la carte du cerveau indiquant où aller rencontre une idée de pourquoi cela vaut la peine d’y aller. »
Tara LeGates, auteur principal, professeur adjoint au Département des sciences biologiques de l'UMBC
Pendant des années, les scientifiques ont considéré les connexions entre l'hippocampe dorsal, qui est plus étroitement lié à la mémoire spatiale et à la navigation, et l'hippocampe ventral, qui est plus fortement lié aux émotions et à la motivation, comme étant pour la plupart distinctes. Cet article remet en question cette compréhension.
« Un seul neurone peut recevoir des informations provenant de différentes régions du cerveau, et il est crucial de comprendre comment il les intègre pour comprendre ce qui motive les actions orientées vers un objectif », explique LeGates.
Bien que l’étude actuelle se concentre sur des cellules individuelles, les implications vont plus loin. Une meilleure connaissance de la façon dont ces circuits liés à la récompense traitent et combinent les informations pourrait faire la lumière sur des conditions dans lesquelles la motivation est perturbée, comme la dépression, la dépendance ou les troubles anxieux.
Gros plan sur la convergence
L’équipe de recherche a utilisé des méthodes avancées, notamment l’utilisation de la lumière pour stimuler des voies spécifiques (une technique appelée optogénétique), des enregistrements précis de l’activité électrique dans les neurones et une imagerie microscopique détaillée pour identifier un groupe de neurones dans une partie spécifique de l’accumbens qui reçoit une entrée directe de l’hippocampe dorsal et ventral.
Il est important de noter que les synapses impliquées dans ces deux voies sont très proches l'une de l'autre – souvent à quelques microns (millièmes de millimètre) – sur les mêmes branches des dendrites des neurones, qui ressemblent à des racines d'arbres sur les cellules nerveuses. Cette proximité leur permet de s’influencer rapidement. L’équipe a découvert que lorsque les deux entrées sont actives en même temps, elles produisent une réponse combinée plus forte que l’une ou l’autre seule.
Les chercheurs ont collaboré avec Tagide deCarvalho, directeur du Keith Porter Imaging Facility de l'UMBC, pour obtenir l'imagerie haute résolution qui a confirmé ces partenariats étroits. Le logiciel amélioré de l'installation a permis à l'équipe de capturer des tranches numériques ultra-fines (0,2 microns d'épaisseur) et de créer des reconstructions 3D de branches neuronales, démontrant clairement la proximité des synapses qui leur permettrait d'interagir.
Le premier auteur de l'étude, Ashley Copenhaver, Ph.D. '25, neurosciences et sciences cognitives, a dirigé une grande partie du travail pratique en matière d'enregistrements et d'imagerie tout en encadrant les membres de l'équipe de premier cycle.
« L'une des parties les plus excitantes de ce projet techniquement difficile consistait à réaliser des optogénétiques bicolores pendant l'électrophysiologie. J'envoyais littéralement de minuscules faisceaux de lumière rouge et bleue sur le tissu cérébral, ce qui activait les neurones de l'hippocampe dorsal ou ventral, afin que je puisse enregistrer les réponses électriques dans les neurones du noyau accumbens. magique« , dit Copenhague. « Au-delà d'aimer la technique, à mon avis, nous avons identifié certains mécanismes vraiment critiques et fondamentaux d'intégration des signaux dans le cerveau. Je suis très excité de voir où ce travail mènera ensuite. »
Des cellules au comportement
Comprendre comment un seul neurone gère les signaux provenant de différentes zones du cerveau est essentiel pour comprendre des comportements complexes, explique LeGates, qui occupe un poste secondaire au Département de pharmacologie et de physiologie de la faculté de médecine de l'Université du Maryland. Les signaux provenant de l'hippocampe dorsal et ventral « convergent probablement plus que nous ne l'avions estimé auparavant, ce qui pourrait changer la façon dont les gens abordent les questions sur la motivation et l'apprentissage », ajoute-t-elle.
Ce type de convergence aide probablement les animaux à établir des associations entre des résultats gratifiants et les environnements dans lesquels ils se produisent, une capacité essentielle à la survie. Une convergence similaire a été observée dans d'autres zones du cerveau impliquées dans l'apprentissage émotionnel, explique LeGates, ce qui suggère que le cerveau pourrait utiliser largement cette stratégie pour relier un contexte particulier au sentiment et à l'action.
Le laboratoire de LeGates s'appuie déjà sur les bases de cet article en explorant comment le stress et des substances telles que la nourriture, les médicaments et les drogues illicites affectent ces mêmes connexions, dans le but à long terme d'informer des traitements plus ciblés pour divers problèmes de santé mentale. Dans un avenir immédiat, l’équipe espère enregistrer l’activité de ces neurones spécialement connectés lors de comportements réels afin de relier directement aux actions la diaphonie nouvellement découverte entre l’hippocampe ventral et dorsal.
En découvrant cette couche cachée de coopération entre les voies hippocampiques, le laboratoire LeGates a fait progresser notre compréhension de la manière dont le cerveau tisse la mémoire et la motivation, un processus fondamental qui façonne les décisions qui déterminent la vie quotidienne.
