Dans le domaine des souvenirs, « où » a une importance particulière. Où ai-je quitté mes clés? Où ai-je dîné hier soir? Où ai-je rencontré cet ami pour la première fois? Les lieux de rappel sont nécessaires à la vie quotidienne, mais la mémoire spatiale – qui garde une trace de « où » – est l'une des premières capacités cognitives à s'estomper dans la vieillesse. Et les déficits plus tôt dans la vie peuvent être un signe révélateur de la démence.
Maintenant, les chercheurs de Stanford Medicine et de leurs collègues découvrent ce qui tourne mal dans les cerveaux plus âgés lorsque la mémoire spatiale vacille et si ces changements peuvent être empêchés.
Dans une nouvelle étude comparant les jeunes, les souris d'âge moyen et anciennes, les chercheurs ont constaté que l'activité dans le cortex entorhinal médial – a parfois comparé au système de positionnement global du cerveau – devient moins stable et moins adapté à l'environnement chez les animaux âgés. Ceux qui ont l'activité la plus altérée dans cette région du cerveau étaient les plus confus lors d'un test de mémoire spatiale.
« Vous pouvez considérer le cortex entorhinal médial comme contenant tous les composants dont vous avez besoin pour construire une carte de l'espace », a déclaré Lisa Giocomo, PhD, professeur de neurobiologie et auteur principal de l'étude pour publier le 3 octobre en Communications de la nature.
Avant cette étude, il y avait des travaux extrêmement limités sur ce qui arrive réellement à ce système de cartographie spatial pendant le vieillissement sain. «
Lisa Giocomo, PhD, professeur, neurobiologie, médecine de Stanford
Bien que, en moyenne, les souris âgées soient sensiblement pires que leurs homologues plus jeunes pour naviguer dans leur environnement, il y avait une grande variation entre eux – un signe que le déclin de la mémoire spatiale peut ne pas être une partie inévitable de l'âge avancé.
Cartes mentales
Le cortex entorhinal médial est une partie essentielle du système de navigation du cerveau. Il contient une variété de cellules qui suivent différentes informations, y compris la vitesse et la direction de la tête de l'animal, ainsi que les dimensions et les bordures d'un espace. Pour la nouvelle étude, les chercheurs se sont concentrés sur les cellules dites de grille, qui créent une carte de l'environnement, presque comme un système de longitude et de latitude.
Ils ont étudié les souris en trois catégories d'âge: jeunes souris âgées d'environ 3 mois, souris d'âge moyen d'environ 13 mois et de vieilles souris âgées d'environ 22 mois. Ces âges sont à peu près en corrélation avec les enfants de 20 ans humains, les 50 ans et les 75 à 90 ans.
Les chercheurs ont enregistré l'activité cérébrale de souris légèrement assoiffées alors qu'ils exécutaient des pistes de réalité virtuelle à la recherche de récompenses cachées – un coup d'eau. Ils ont couru sur une balle stationnaire entourée d'écrans qui affichaient l'environnement virtuel, comme un tapis roulant de la taille d'une souris dans un théâtre IMAX de la taille d'une souris.
Chaque souris dirigeait les pistes des centaines de fois sur six jours. (Les souris sont des coureurs naturellement passionnés, ont noté les chercheurs.)
Avec suffisamment de répétition, les souris dans tous les groupes d'âge pourraient apprendre l'emplacement d'une récompense cachée sur une piste particulière. Au sixième jour, ils ne se sont arrêtés que pour lécher les emplacements de récompense. En conséquence, les cellules de la grille de leur cortex entorhinal médial ont développé des schémas de tir distincts pour chaque piste, comme s'ils créaient des cartes mentales personnalisées.
Changement de pistes
Mais sur une tâche plus difficile dans laquelle les souris ont été alterné au hasard entre deux pistes différentes qu'ils avaient déjà apprises, chacune avec un emplacement de récompense différent, les souris âgées ont été bloquées – apparemment incapables de déterminer la piste sur laquelle ils se trouvaient.
« Dans ce cas, la tâche était plus similaire à ce que vous vous souvenez où vous avez garé votre voiture dans deux parkings différents ou où votre coffeeshop préféré se trouve dans deux villes différentes », a déclaré Giocomo.
Incertacés sur l'endroit où ils étaient, les vieilles souris avaient tendance à sprinter le reste de la piste sans se soucier de s'arrêter et de rechercher des récompenses. Quelques-uns ont pris une tactique différente et ont essayé de lécher partout.
Leurs cellules de la grille reflètent leur confusion. Bien qu'ils aient développé des modèles de tir distincts pour chaque piste, leurs cellules de grille ont tiré de façon irrégulière lorsque les pistes ont été alternées.
« Leur rappel spatial et leur discrimination rapide de ces deux environnements ont été vraiment altérés », a déclaré Charlotte Herber, PhD, étudiante MD-PHD et auteur principal de l'étude.
Les résultats semblent s'aligner sur le comportement humain. « Les personnes âgées peuvent souvent naviguer dans des espaces familiers, comme leur maison ou le quartier dans lequel ils ont toujours vécu, mais il est vraiment difficile pour eux d'apprendre à naviguer dans un nouvel endroit, même avec une expérience », a déclaré Giocomo.
En revanche, les souris jeunes et d'âge moyen ont compris l'affectation au sixième jour, et leur activité de cellules de grille correspondait rapidement à la piste sur laquelle ils se trouvaient.
« Au cours des jours un à six, ils ont des modèles de tir spatiale progressivement plus stables qui sont spécifiques au contexte A et spécifiques au contexte B », a déclaré Herber. « Les souris âgées ne parviennent pas à développer ces cartes spatiales discrètes. »
Les souris d'âge moyen avaient des schémas un peu plus faibles dans leur activité cérébrale, mais ils ont réussi de manière très similaire aux jeunes souris. « Nous pensons que c'est une capacité cognitive qui au moins jusqu'à environ 13 mois chez une souris, ou peut-être 50 à 60 ans dans un homologue humain, est probablement intact », a déclaré Herber.
Super-ageur
Bien que les souris jeunes et d'âge moyen aient fonctionné uniformément au sein de leurs groupes d'âge, l'ensemble le plus ancien a montré une plus grande variabilité de la mémoire spatiale.
Les souris mâles fonctionnaient généralement mieux que les souris femelles, bien que les chercheurs ne savent pas encore pourquoi.
Une souris mâle âgée s'est démarquée: elle a réussi le test, se souvenant des emplacements de récompense cachés sur des pistes alternées aussi bien que, sinon mieux, les souris jeunes et d'âge moyen.
« C'était la toute dernière souris que j'ai enregistrée et, honnêtement, quand je le regardais exécuter l'expérience, j'ai pensé: » Oh non, cette souris va bousiller les statistiques « », a déclaré Herber.
Au lieu de cela, la souris super-agence s'est avérée confirmer le lien entre l'activité des cellules de la grille et la mémoire spatiale. Ses cellules de grille étaient aussi exceptionnellement vives que son comportement, tirant clairement et avec précision dans chaque environnement.
« La variabilité du groupe âgé nous a permis d'établir ces relations corrélatives entre la fonction neuronale et le comportement », a déclaré Herber.
La souris super-agen a également encouragé les chercheurs à rechercher des différences génétiques qui pourraient sous-jacent la variabilité du vieillissement. Ils ont séquencé l'ARN de souris jeunes et vieilles et ont trouvé 61 gènes qui étaient plus exprimés chez les souris avec une activité de cellules de grille instable. Ces gènes pourraient être impliqués dans la conduite ou l'indemnisation du déclin de la mémoire spatiale, ont déclaré les chercheurs.
Le gène HAPLIN4, par exemple, contribue au réseau de protéines qui entourent les neurones, connus sous le nom de filet périneuronal, qui pourrait aider à consolider la stabilité des cellules de la grille et à protéger la mémoire spatiale chez les souris vieillissantes.
« Tout comme les souris, les gens présentent également une étendue variable du vieillissement », a déclaré Herber. « Comprendre une partie de cette variabilité – pourquoi certaines personnes sont plus résistantes au vieillissement et d'autres sont plus vulnérables – fait partie de l'objectif de ce travail. »
Des chercheurs de l'Université de Californie à San Francisco ont contribué à l'étude.
