Observer la formation de la mémoire en temps réel – Neuroscience News

Aperçu: L’étude révèle comment les souvenirs moteurs se forment et comment ils restent persistants. Les résultats peuvent aider à atténuer la cause profonde des troubles moteurs tels que la maladie de Parkinson.

La source: Stanford

Comment se fait-il que quelqu’un qui n’a pas fait de vélo depuis des décennies puisse probablement sauter dessus et repartir sans vaciller, mais ne se souvient probablement pas de plus d’un nom ou deux de la classe de troisième année ?

Cela peut être dû au fait que les compétences physiques – appelées mémoires motrices par les neuroscientifiques – sont codées différemment dans notre cerveau que nos souvenirs pour les noms ou les faits.

Maintenant, une nouvelle étude menée par des scientifiques de l’Institut des neurosciences Wu Tsai révèle exactement comment les mémoires motrices se forment et pourquoi elles sont si persistantes. Cela peut même aider à découvrir les causes profondes des troubles du mouvement tels que la maladie de Parkinson.

« Nous pensons que la mémoire motrice est unique », a déclaré Jun Ding, professeur agrégé de neurochirurgie et de neurologie. « Certaines études sur la maladie d’Alzheimer incluaient des participants qui étaient auparavant musiciens et ne se souvenaient pas de leur propre famille, mais ils étaient toujours capables de jouer de la belle musique. Évidemment, il y a une énorme différence dans la façon dont les mémoires motrices sont formées.

On pense que les souvenirs dans le cerveau sont codés dans le modèle d’activité dans des réseaux de centaines ou de milliers de neurones, parfois répartis dans des régions cérébrales éloignées. Le concept d’une telle trace de mémoire – également appelée engramme de mémoire – existe depuis plus d’un siècle, mais il s’est avéré extrêmement difficile d’identifier exactement ce qu’est un engramme et comment il est encodé.

Des études antérieures ont montré que certaines formes d’apprentissage activent des neurones spécifiques, qui sont réactivés lorsque la mémoire apprise est rappelée. Cependant, l’existence de neurones à engrammes de mémoire pour l’apprentissage des habiletés motrices reste inconnue.

Ding et les chercheurs postdoctoraux Richard Roth et Fuu-Jiun Hwang ont voulu savoir comment ces groupes de cellules ressemblant à des engrammes s’impliquent dans l’apprentissage et la mémorisation d’une nouvelle habileté motrice.

Crédit : Wu Tsai Neurosciences Institute, Stanford Univ.

« Lorsque vous apprenez à tirer sur un ballon de basket pour la première fois, vous utilisez un ensemble très diversifié de neurones à chaque fois que vous lancez, mais à mesure que vous vous améliorez, vous utilisez un ensemble plus sophistiqué qui est le même à chaque fois », a déclaré Roth. « Ces voies neuronales sophistiquées étaient considérées comme la base d’un engramme de mémoire, mais nous voulions savoir exactement comment ces voies apparaissent. »

Dans leur nouvelle étude, publiée le 8 juillet 2022 dans neuroneles chercheurs ont entraîné des souris à utiliser leurs pattes pour atteindre des boulettes de nourriture à travers une petite fente.

Grâce à la magie génétique développée par le laboratoire de Liqun Luo, un collègue de l’Institut des neurosciences Wu Tsai du département de biologie, les chercheurs ont pu identifier des neurones spécifiques dans le cortex moteur du cerveau – une zone responsable du contrôle des mouvements – qui ont été activés. pendant le processus d’apprentissage.

Les chercheurs ont marqué ces cellules engrammes potentielles avec un marqueur fluorescent afin de voir si elles jouaient également un rôle dans le rappel plus tard.

Des semaines plus tard, lorsque les chercheurs ont testé la mémoire des animaux de cette nouvelle compétence, ils ont constaté que les souris qui se souvenaient encore de la compétence montraient une activité accrue dans les mêmes neurones identifiés pour la première fois au cours de la période d’apprentissage, montrant que ces neurones étaient responsables du codage. la compétence : Les chercheurs avaient observé la formation d’engrammes de mémoire.

Mais comment ces groupes particuliers de neurones assument-ils la responsabilité d’apprendre une nouvelle tâche ? Et comment améliorent-ils réellement les performances de l’animal ?

Pour répondre à ces questions, les chercheurs ont zoomé de plus près. En utilisant la microscopie à deux photons pour observer ces circuits vivants en action, ils ont observé que les soi-disant «neurones à engrammes» se reprogramment au fur et à mesure que les souris apprennent.

Les cellules engrammes du cortex moteur ont absorbé de nouvelles entrées synaptiques – qui peuvent avoir reflété des informations sur l’atteinte du mouvement – et ont elles-mêmes formé de nouvelles connexions de sortie puissantes dans une région cérébrale éloignée appelée striatum dorsolatéral – une station intermédiaire clé qui permet aux neurones engrammes d’exercer des fonctions sophistiquées. contrôle des mouvements. .

C’était la première fois que quelqu’un observait la création de nouvelles voies synaptiques sur la même population de neurones – tant au niveau de l’entrée que de la sortie – dans ces deux régions du cerveau.

La capacité de tracer de nouveaux souvenirs qui se forment dans le cerveau de la souris a permis à l’équipe de recherche d’initier un débat de longue date sur la façon dont les compétences sont stockées dans le cerveau : sont-elles contrôlées à partir d’une piste de mémoire centrale, ou engramme, ou la mémoire est-elle stockée de manière redondante dans le cerveau ? de nombreuses régions cérébrales différentes ? Bien que cette étude ne puisse ignorer l’idée de mémoire centralisée, elle accrédite la théorie opposée.

Une autre question fascinante est de savoir si l’activation de ces neurones engrammes est nécessaire pour effectuer des tâches motrices déjà apprises. Les chercheurs ont émis l’hypothèse qu’en supprimant l’activité des neurones identifiés comme faisant partie de l’engramme de la mémoire du cortex moteur, les souris seraient probablement encore capables d’accomplir la tâche.

« Considérez la mémoire comme une autoroute. Si la 101 et la 280 sont toutes les deux fermées, vous pouvez toujours vous rendre à Stanford depuis San Francisco, cela prendrait juste beaucoup plus de temps », a déclaré Ding.

Ceci montre un diagramme de l'étude:
Les chercheurs ont entraîné des souris dans une manœuvre délicate pour saisir une pastille alimentaire (en haut à gauche), puis ont utilisé une technique appelée TRAP pour étiqueter les neurones du cortex moteur de la souris qui étaient actifs dans l’apprentissage de la nouvelle compétence (violet). Ils ont montré que ces neurones développent de nouvelles entrées synaptiques lors de l’apprentissage (encadré : en haut à droite, « épines » violettes) et établissent eux-mêmes de nouvelles connexions avec les neurones du striatum, une partie en aval du circuit locomoteur du cerveau (encadré : en bas à gauche, « épines vertes ») «  »). Crédit : laboratoire Ding, Hwang et al

Ces résultats suggèrent que les mémoires motrices ne sont pas seulement dispersées, mais aussi très redondantes. Les chercheurs disent que lorsque nous répétons les compétences acquises, nous renforçons constamment les engrammes moteurs en établissant de nouvelles connexions – en affinant la compétence. C’est ce que l’on entend par le terme mémoire musculaire – un réseau sophistiqué et hautement redondant d’engrammes moteurs utilisés si fréquemment que la compétence associée semble automatique.

Ding pense que cette répétition constante est l’une des raisons de la survie de la mémoire motrice, mais ce n’est pas la seule raison. La persistance de la mémoire peut également être influencée par une compétence associée à une récompense, peut-être par le neurotransmetteur dopamine. Bien que l’équipe de recherche ne l’ait pas abordé directement dans cette étude, les travaux antérieurs de Ding sur la maladie de Parkinson suggèrent le lien.

« La pensée actuelle est que la maladie de Parkinson résulte du blocage de ces engrammes moteurs, mais que se passe-t-il s’ils sont réellement perdus et que les gens oublient ces compétences ? » dit Chose. « N’oubliez pas que même la marche est une habileté motrice que nous avons tous apprise à un moment donné, et elle peut potentiellement être oubliée. »

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C’est une question à laquelle les chercheurs espèrent répondre dans une étude de suivi, car elle pourrait détenir la clé du développement de traitements efficaces pour les troubles moteurs. Si la maladie de Parkinson est le résultat de mémoires motrices bloquées, les patients devraient pouvoir améliorer leur capacité à se déplacer en faisant de l’exercice et en renforçant ces habiletés motrices.

D’autre part, si la maladie de Parkinson détruit les engrammes moteurs et inhibe la création de nouveaux – en ciblant les neurones des engrammes moteurs et leur connexion synaptique observée dans la nouvelle étude de l’équipe – alors une approche entièrement différente doit être suivie pour délivrer des résultats efficaces. traitements.

« Notre prochain objectif est de comprendre ce qui se passe dans les troubles du mouvement comme la maladie de Parkinson », a déclaré Ding. « Il est clair que nous sommes loin d’être guéris, mais comprendre comment se forment les habiletés motrices est essentiel si nous voulons comprendre pourquoi elles sont perturbées par la maladie. »

À propos de cette actualité de la recherche sur la mémoire

Auteur: Alan Tothon
La source: Stanford
Contact: Alan Toth – Stanford
Image: L’image est attribuée à Ding Lab, Hwang et al.

Recherche originale : Libre accès.
« L’apprentissage moteur améliore de manière sélective les synapses corticales et striatales des neurones à engrammes moteurs » par Fuu-Jiun Hwang et al. neurone


Résumé

L’apprentissage moteur renforce sélectivement les synapses corticales et striatales des neurones à engrammes moteurs

Points forts

  • Les performances motrices sont corrélées à la réactivation des neurones de l’engramme moteur
  • L’apprentissage moteur augmente la densité de la colonne vertébrale et la survie sélective sur les neurones à engramme M1
  • L’apprentissage moteur amplifie les sorties d’engrammes moteurs vers le striatum
  • Les terminaisons de l’engramme M1 convergent vers des grappes d’épines sur les neurones de projection épineux striataux

Aperçu

L’apprentissage et la consolidation de nouvelles habiletés motrices nécessitent de la plasticité dans le cortex moteur et le striatum, deux aires motrices importantes du cerveau. Cependant, la façon dont les neurones subissent des changements synaptiques et sont recrutés lors de l’apprentissage moteur pour former un engramme de mémoire reste inconnue.

Ici, nous formons des souris sur une tâche d’apprentissage moteur et utilisons une approche génétique pour identifier et manipuler sélectivement les neurones pertinents sur le plan comportemental dans le cortex moteur primaire (M1). Nous constatons que le degré de réactivation des neurones engrammes M1 est en corrélation avec les performances motrices.

Nous démontrons en outre que la réorganisation induite par l’apprentissage de la colonne vertébrale dendritique se produit spécifiquement dans ces neurones engrammes M1. De plus, nous constatons que l’apprentissage moteur entraîne une augmentation de la puissance des sorties des neurones de l’engramme M1 sur les neurones de projection épineux striataux (SPN) et que ces synapses forment des grappes le long des dendrites SPN.

Ces résultats mettent en évidence une plasticité synaptique très spécifique lors de la formation de traces mémorielles motrices durables dans le circuit corticostrié.

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