Dans une étude soutenue par les National Institutes of Health (NIH), les chercheurs ont révélé les fondements structurels de la formation de la mémoire à travers un large réseau de neurones dans le cerveau de la souris. Ce travail met en lumière la nature fondamentalement flexible de la façon dont les souvenirs sont fabriqués, détaillant les changements liés à l'apprentissage aux niveaux cellulaire et subcellulaire avec une résolution sans précédent. Comprendre cette flexibilité peut aider à expliquer pourquoi la mémoire et les processus d'apprentissage vont parfois mal.
Les résultats, publiés dans Sciencea montré que les neurones attribués à une trace de mémoire réorganisaient leurs connexions à d'autres neurones via un type de connexion atypique appelé Bouton multi-synaptique. Dans un bouton multi-synaptique, l'axone du neurone relayant le signal avec des informations contacte plusieurs neurones qui reçoivent le signal. Selon les chercheurs, les buttons multi-synaptiques peuvent permettre la flexibilité cellulaire du codage d'informations observé dans les recherches antérieures.
Les chercheurs ont également constaté que les neurones impliqués dans la formation de la mémoire n'étaient pas préférentiellement liés les uns aux autres. Cette constatation remet en question l'idée que «les neurones qui tirent ensemble se réunissent ensemble», comme le prédisait une théorie traditionnelle de l'apprentissage.
De plus, les chercheurs ont observé que les neurones étaient alloués à une trace de mémoire réorganisée certaines structures intracellulaires qui fournissent de l'énergie et soutiennent la communication et la plasticité dans les connexions neuronales. Ces neurones avaient également des interactions améliorées avec des cellules de support appelées astrocytes.
En utilisant une combinaison d'outils génétiques avancés, de microscopie électronique 3D et d'intelligence artificielle, les scientifiques des chercheurs Scripps Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D., et les collègues ont reconstruit un diagramme de câblage des neurones impliqués dans l'apprentissage et identifié des changements structurels à ces neurones et à leurs connexions aux niveaux cellulaire et sous-cellulaire.
Pour examiner les caractéristiques structurelles associées à l'apprentissage, les chercheurs ont exposé des souris à une tâche de conditionnement et ont examiné la région de l'hippocampe du cerveau environ 1 semaine plus tard. Ils ont sélectionné ce moment parce que cela se produit après que les souvenirs soient d'abord codés, mais avant d'être réorganisés pour un stockage à long terme. En utilisant des techniques génétiques avancées, les chercheurs ont marqué en permanence des sous-ensembles de neurones hippocampiques activés pendant l'apprentissage, ce qui a permis une identification fiable. Ils ont ensuite utilisé la microscopie électronique 3D et les algorithmes d'intelligence artificielle pour produire des reconstructions à l'échelle nanométrique des réseaux neuronaux excitateurs impliqués dans l'apprentissage.
Cette étude offre une vue complète des caractéristiques structurelles de la formation de la mémoire dans une région du cerveau. Il soulève également de nouvelles questions pour une exploration plus approfondie. Les études futures seront cruciales pour déterminer si des mécanismes similaires fonctionnent sur différents moments et circuits neuronaux. En outre, une étude plus approfondie sur la composition moléculaire des butons multi-synaptiques est nécessaire pour déterminer leur rôle précis dans la mémoire et d'autres processus cognitifs.
La recherche a été soutenue par le financement de l'Institut national de la santé mentale, de l'Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux et des NIH Recherche du cerveau en faisant progresser les neurotechnologies innovantes® Initiative, ou l'initiative cérébrale®.
