Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'Université d'Indiana ont observé la mémoire épisodique chez les rats à un degré jamais documenté auparavant, ce qui suggère que les rats peuvent servir de modèle à des processus cognitifs complexes souvent considérés comme exclusivement humains. Contrairement à la mémoire sémantique, qui implique des faits isolés, la mémoire épisodique consiste à rejouer les événements dans l'ordre et le contexte dans lesquels ils se sont produits.
La capacité de rejouer un flux de souvenirs épisodiques dans leur contexte suggère que les rats peuvent servir de modèle à des processus cognitifs complexes. « Ce que nous essayons systématiquement de faire avec ce travail, c'est de repousser les limites des types de processus cognitifs qui peuvent être modélisés chez les animaux, en particulier chez les rats, qui sont aussi complexes et sophistiqués que les choses que les gens semblent faire sans effort. »
Jonathon Crystal, chercheur principal, Eliot S. Hearst et professeur principal de sciences psychologiques et cérébrales, IU College of Arts and Sciences
Selon lui, leurs découvertes pourraient à terme permettre aux chercheurs d'explorer davantage les mécanismes biologiques de la mémoire, les troubles de la mémoire tels que la maladie d'Alzheimer et la démence, ainsi que les interventions thérapeutiques pour ces affections. Les résultats impliquent également que ces formes sophistiquées de mémoire sont assez anciennes sur le plan de l’évolution.
L'étude intitulée « Les rats rejouent des souvenirs épisodiques en contexte » a été publiée le 23 janvier dans Biologie actuelle.
Tremplins vers la mémoire épisodique
Demander aux rats ce dont ils se souviennent, admet Crystal, est un processus quelque peu fastidieux. Pourtant, grâce à l'extraordinaire odorat des rats, à la vaste collection d'odeurs des chercheurs, à quatre contextes distincts et à une série de cinq expériences de plus en plus complexes, les rats ont pu dire aux chercheurs précisément ce dont ils se souvenaient, ainsi que où et comment ils ont acquis l'information.
Dans chacune des cinq expériences, les rats se voient présenter deux séquences distinctes de paupières parfumées, chaque séquence dans un cadre conçu de manière unique, le contexte de codage de la mémoire. Grâce à un entraînement préalable rigoureux, les rats ont appris à rechercher dans leur mémoire l’avant-dernière paupière parfumée d’une séquence rencontrée dans l’un des contextes de codage. Les rats sont ensuite déplacés vers l'un des deux autres emplacements spécialement conçus, le contexte d'évaluation de la mémoire, chacun associé de manière cohérente au même contexte de codage, où il leur est « demandé » de trouver l'avant-dernière odeur de la liste. Étant donné que chaque séquence comprend un nombre différent de couvercles parfumés (de 4 à 11, sélectionnés au hasard), les rats n'ont pu identifier rétrospectivement que le bon (qui fournit une boulette de nourriture) en rejouant mentalement leur flux de souvenirs.
Chaque expérience de l'étude s'appuie sur la précédente, augmentant la mise sur ce que le rat doit retenir pour « gagner » le morceau de nourriture tant convoité, et aboutissant à un exploit final stupéfiant. Pourtant, même à cette étape finale, ce que Crystal appelle « le Saint Graal » des tests de mémoire, les rats ont défié les attentes.
Siyan Xiong, étudiant diplômé de l'IU et premier auteur de l'étude, a condensé cette cinquième et dernière expérience en un seul résumé graphique. Pourtant, pour comprendre cette expérience et son résumé, il est utile d’avoir une idée des quatre qui y mènent.
En route vers « le Saint Graal »
Dans la première expérience, par exemple, les rats ont appris à associer les contextes spécifiques de codage de la mémoire aux contextes d'évaluation de la mémoire correspondants, même lorsqu'une séquence d'odeurs est présentée immédiatement après l'autre, avant que l'un ou l'autre des tests de mémoire ne soit effectué.
L'expérience 2 garantit en outre que les rats tiennent compte du contexte en présentant deux listes d'odeurs suivies d'un test de mémoire légèrement plus difficile dans lequel les rats doivent faire la distinction entre l'avant-dernier élément dans un contexte et l'avant-dernier élément dans l'autre.
Un nouveau défi surgit dans l'expérience 3 lorsque les chercheurs ont introduit deux parfums identiques dans les deux listes, en tant qu'avant-dernier élément et non-avant-dernier élément dans chaque contexte. Malgré l'apparition des deux mêmes odeurs dans les deux séquences, les rats ont réussi à identifier quelle odeur était l'avant-dernière dans le contexte spécifique dans lequel ils étaient testés.
Le défi s'est intensifié dans l'expérience 4 lorsque les listes étaient entrelacées. Les rats ont été déplacés d’un contexte à l’autre, recevant des morceaux d’une liste puis de l’autre. Remarquablement, ils ont toujours sélectionné avec précision le parfum cible dans le contexte demandé.
Ensuite, le Saint Graal. Dans cette ultime prouesse, les listes entrelacées ont été interrompues par un délai de 30 minutes avant que les séquences ne reprennent. Malgré le décalage temporel et le changement constant de lieu, les rats se souvenaient de chaque séquence et de son contexte, cherchant apparemment des souvenirs qui comblaient un long décalage temporel.
Chaque expérience a donné aux chercheurs une plus grande confirmation que la précédente que les rats utilisaient la mémoire épisodique. « Nous savions auparavant que les rats pouvaient se souvenir de nombreux événements et de l'ordre des événements », a déclaré Crystal, « mais nous ne savions pas s'ils savaient comment ils obtenaient cette information, ce qui la rendait moins pertinente pour la mémoire épisodique humaine. »
Cette étude confirme cependant dans quelle mesure les rats rejouent effectivement des souvenirs épisodiques, se souvenant non seulement du flux des événements, mais aussi de la manière et du lieu où ils acquièrent des informations. Et en élargissant nos connaissances sur la cognition des animaux non humains, cela repousse les limites de la capacité des recherches futures à modéliser des processus cognitifs complexes.
Le projet a été réalisé avec le soutien de la National Science Foundation et de l'Institut national de la santé mentale.
