Andrew Mocle – Prix Cerveau en tête 2024

Mieux comprendre comment les ensembles de neurones sont recrutés dans la formation de la mémoire.

L’hippocampe est une région du cerveau essentielle pour l’encodage et le rappel des souvenirs épisodiques. La trace physique laissée dans le cerveau par la formation des souvenirs est appelée « engramme », et le processus de formation de nouveaux engrammes n’est pas encore élucidé. Dans cette étude, Andrew Mocle, travaillant dans le laboratoire de Sheena Josselyn à l’université de Toronto, a utilisé des techniques d’imagerie avancées pour suivre les neurones et leurs modèles d’activité avant, pendant et après l’encodage des souvenirs. Les données obtenues ont donné naissance à un nouveau modèle de formation d’engrammes, dans lequel de petits ensembles de neurones (au lieu de cellules individuelles) sont affectés à un engramme en fonction de leur excitabilité moyenne au moment de l’apprentissage. La démonstration que les ensembles hautement excitables sont préférentiellement affectés à l’encodage des informations nouvellement apprises représente une avancée conceptuelle majeure dans l’étude de la manière dont les souvenirs sont stockés dans le cerveau.

Des décennies de travaux ont montré que les nouveaux souvenirs sont stockés dans des sous-ensembles de neurones de l’hippocampe appelés « neurones engrammes ». Le processus par lequel certains neurones (et pas d’autres) sont recrutés dans un engramme de mémoire est appelé allocation neuronale. Des travaux antérieurs ont suggéré que les cellules hautement excitables lors d’un événement sont préférentiellement affectées à la mémoire de cet événement. Andrew Mocle a étudié ce processus en utilisant une tâche qui consistait à placer des souris dans une chambre où elles recevaient un léger choc à la patte (conditionnement de peur contextuelle), et lorsqu’elles étaient replacées dans la même chambre, elles se figeaient. Il a utilisé une combinaison d’optogénétique et d’imagerie calcique in vivo pour confirmer que les neurones hautement excitables étaient préférentiellement affectés à l’engramme de la mémoire. Ensuite, en utilisant l’imagerie calcique à deux photons, il a montré que les cellules de l’engramme présentaient des activations corrélées même cinq jours avant l’entraînement, ce qui suggère que les cellules de l’engramme forment des ensembles (groupes de neurones qui s’activent ensemble) et sont allouées ensemble à un souvenir. Enfin, ils ont suivi l’activité des neurones d’engrammes pendant la mémorisation et ont observé que les cellules d’engrammes sont réactivées et présentent des schémas d’activation similaires à ceux de l’encodage de la mémoire. Ainsi, au cours de l’apprentissage, les neurones engrammes hautement excitables subissent sélectivement une plasticité pour encoder de nouvelles informations et sont ensuite réactivés par des indices pour conduire au rappel de la mémoire.

Depuis le Dr Wilder Penfield, qui a observé de vagues sensations de rappel de souvenirs chez des patients épileptiques lorsqu’il stimulait certaines régions corticales, jusqu’aux approches neuroscientifiques modernes qui peuvent provoquer le rappel de souvenirs spécifiques chez les rongeurs en stimulant précisément certaines cellules ou synapses à l’aide de l’optogénétique, plus d’un siècle de recherche sur la mémoire a progressivement accru la précision avec laquelle un souvenir peut être localisé à un composant physique du cerveau. Cette ligne de recherche a révélé que lorsqu’un souvenir est initialement formé, il est lié à un sous-ensemble épars de cellules dans le cerveau appelées « neurones engrammes ». L’ablation ou l’inhibition des neurones engrammes peut abolir le rappel de la mémoire dans des contextes qui la susciteraient normalement, et la stimulation des neurones engrammes peut entraîner le rappel de la mémoire en l’absence d’indices. Cependant, la manière dont le cerveau sélectionne les neurones qui feront partie de l’engramme d’un souvenir n’était pas encore claire. Des travaux antérieurs ont suggéré que l’excitabilité au moment de l’apprentissage était un facteur déterminant de l’attribution, mais cette étude s’appuie sur ces travaux pour montrer que l’ensemble se forme avant même d’être recruté pour faire partie d’un engramme.

À propos d’Andrew Mocle

Andrew Mocle a effectué ce travail en tant qu’étudiant en doctorat sous la supervision du Dr Sheena Josselyn à l’Hôpital pour enfants malades de l’Université de Toronto. Il a contribué à tous les aspects de la recherche décrite ici.

Source de financement

Ce projet de recherche a été financé par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et les Instituts de recherche en santé du Canada.