image: Dynamic mechanisms of engram maturation. During the allocation, engram allocation is primarily governed by enhancements in intrinsic neuronal excitability, driven primarily by increased phosphorylation of CREB, which primes these cells for selective recruitment. Following allocation, engram formation is molecularly marked by the expression of IEGs including Fos, Npas4, Arc, and Egr1. The consolidation phase is characterized by epigenetic reprogramming, such as DNA methylation, histone posttranslational modifications (e.g., acetylation, phosphorylation), and histone variant exchange. Concurrently, neuronal excitability is further modulated through synaptic recruitment of NMDA receptors, AMPA receptors, and inwardly rectifying potassium channels (Kir), while dendritic spine density increases to reinforce synaptic connectivity. Throughout this maturation process, engrams transition from a silent state to a functionally mature configuration, marked by enduring structural and molecular adaptations that support long-term memory storage.
Credit: Zhe-Yu Chen
JINAN, Shandong, Chine, 20 mai 2025 – Dans une revue exhaustive d'experts publiée aujourd'hui par Genomic Press, des chercheurs ont cartographié les mécanismes cellulaires dynamiques qui permettent au cerveau de former, consolider, généraliser et mettre à jour les souvenirs. Cette synthèse scientifique offre des perspectives précieuses sur la façon dont les souvenirs sont encodés dans le cerveau et comment ils peuvent évoluer au fil du temps, avec des implications substantielles pour des affections comme le trouble de stress post-traumatique (TSPT).
La quête des traces mémorielles
L'une des questions les plus fondamentales des neurosciences est de comprendre comment le cerveau peut stocker, généraliser et mettre à jour les souvenirs. On pense que les souvenirs sont stockés grâce à des changements biophysiques et moléculaires dans des ensembles neuronaux appelés engrammes, distribués à travers différentes régions cérébrales. Ces engrammes sont des populations de neurones distribuées de façon éparse qui subissent des changements physiques ou chimiques durables pendant l'apprentissage, créant une représentation biologique de nos expériences.
"La recherche des substrats mécanistiques de la mémoire, ce que Richard Semon appelait 'l'engramme', s'est poursuivie jusqu'à nos jours", explique le Professeur Zhe-Yu Chen de l'Université de Shandong, auteur correspondant de la revue. "Notre compréhension des engrammes de mémoire a évolué d'une abstraction théorique à une réalité biologique grâce aux techniques modernes des neurosciences."
Les percées en neurosciences permettent la visualisation de la mémoire
La revue détaille comment les avancées technologiques récentes ont transformé notre capacité à étudier la mémoire. Les techniques modernes permettent désormais aux scientifiques de marquer, suivre et même manipuler les neurones spécifiques impliqués dans la formation et la récupération des souvenirs.
"Des méthodes avancées combinant le marquage basé sur les gènes précoces immédiats avec la manipulation optogénétique ont permis l'identification et le contrôle des ensembles neuronaux codant des souvenirs spécifiques", note le Dr. Shuai-Wen Teng, co-auteur de la revue. "Cette percée technologique nous a permis d'observer la mémoire en action au niveau cellulaire."
Les scientifiques peuvent maintenant identifier visuellement quels neurones s'activent pendant la formation et la récupération des souvenirs. Plus remarquable encore, ils peuvent activer artificiellement ces neurones pour induire le rappel de souvenirs, même en l'absence d'indices sensoriels normaux. Cela signifie que les chercheurs peuvent effectivement "allumer" un souvenir en stimulant les cellules appropriées.
Allocation et formation de la mémoire
La revue explique comment les neurones sont sélectionnés pour devenir partie intégrante d'une trace mémorielle lors du processus d'encodage initial. Cette sélection n'est pas aléatoire – les neurones ayant une excitabilité plus élevée au moment de l'apprentissage sont plus susceptibles d'être recrutés dans l'ensemble mémoriel.
"C'est comme une compétition entre neurones", poursuit le Dr. Teng. "Les cellules présentant une excitabilité basale élevée manifestent une activation préférentielle pendant l'apprentissage et sont incorporées de manière disproportionnée dans les ensembles codant la mémoire."
Ce processus est régulé par un facteur de transcription appelé CREB, qui améliore à la fois l'excitabilité intrinsèque et la densité des épines dendritiques. Lorsqu'un neurone présente une activité CREB plus élevée, il devient plus susceptible d'être recruté dans un engramme de mémoire.
Comment les souvenirs changent avec le temps
Un aspect fascinant de la revue concerne la façon dont les souvenirs se transforment au cours de leur consolidation. Les nouveaux souvenirs dépendent initialement de l'hippocampe mais passent progressivement à une dépendance accrue du cortex par un processus appelé consolidation systémique.
"Après la stabilisation synaptique initiale, les souvenirs subissent une consolidation systémique, passant d'une dépendance hippocampique à un stockage dépendant du cortex préfrontal médial sur une période allant de quelques jours à plusieurs années", explique le Dr. Chen. "Cela permet aux engrammes hippocampiques de conserver des détails épisodiques spécifiques au contexte, tandis que les ensembles du cortex préfrontal médial encodent des représentations plus schématiques et généralisées."
Ce processus naturel explique pourquoi les souvenirs deviennent souvent plus généralisés avec le temps, perdant des détails spécifiques tout en préservant les concepts centraux. Ce mécanisme cérébral fondamental soutient l'apprentissage mais peut également contribuer à des affections comme le TSPT lorsque les souvenirs de peur deviennent surgénéralisés.
Généralisation de la mémoire et troubles anxieux
Les chercheurs détaillent comment la généralisation de la mémoire, bien qu'étant un processus adaptatif pour appliquer des apprentissages passés à de nouvelles situations, peut devenir inadaptée dans des affections comme le TSPT et les troubles anxieux.
L'hippocampe joue un rôle crucial dans le maintien de la spécificité de la mémoire. Lorsque cette fonction est compromise, peut-être en raison d'une exposition au stress ou de voies de signalisation altérées, les souvenirs peuvent être surgénéralisés, conduisant à des réponses de peur inappropriées.
"La surgénéralisation de la peur représente une réponse comportementale inadaptée à des stimuli non menaçants ou à des environnements neutres", explique le Dr. Chen. "Ce phénomène est une caractéristique distinctive des troubles du spectre anxieux tels que le trouble d'anxiété généralisée, le trouble panique et le trouble de stress post-traumatique."
Les chercheurs décrivent plusieurs mécanismes qui conduisent à la généralisation de la mémoire, y compris les changements induits par le stress dans les circuits de l'hippocampe et de l'amygdale. Comprendre ces mécanismes pourrait mener à des interventions ciblées pour les troubles anxieux.
Mise à jour et modification de la mémoire
La revue explore également comment les souvenirs existants peuvent être mis à jour avec de nouvelles informations. Lorsque les souvenirs sont réactivés, ils deviennent temporairement malléables, leur permettant d'incorporer de nouvelles données ou contextes émotionnels.
"La mise à jour de la mémoire est un processus fondamental qui permet aux organismes de s'adapter à de nouvelles informations, de modifier les connaissances existantes et d'intégrer de nouvelles expériences avec des souvenirs préexistants", dit le Dr. Teng. "La valence associée à l'engramme de mémoire du gyrus denté hippocampique pourrait être inversée de manière bidirectionnelle."
Cela suggère des possibilités passionnantes pour le traitement des troubles émotionnels en modifiant les associations émotionnelles des souvenirs traumatiques. Pourrait-on développer des thérapies qui ciblent spécifiquement les engrammes de mémoire pour réduire leur impact émotionnel sans effacer les souvenirs eux-mêmes? Cela reste un domaine de recherche actif avec un potentiel clinique significatif.
L'avenir de la recherche sur la mémoire
La revue esquisse plusieurs questions en suspens sur lesquelles les chercheurs continuent de travailler. Comment exactement les changements nucléaires pendant la formation de la mémoire se connectent-ils au renforcement de connexions synaptiques spécifiques? Quels mécanismes poussent les neurones à rejoindre ou quitter les réseaux d'engrammes pendant différents processus mémoriels? Comment le cerveau maintient-il l'équilibre délicat entre stabilité et flexibilité de la mémoire?
"Notre connaissance du mécanisme intrinsèque sous-jacent à l'activation hors ligne des engrammes de mémoire dans un état inconscient est totalement insuffisante", note le Dr. Chen. "Comprendre comment les représentations mémorielles évoluent au fil du temps en fonction de nos expériences et états internes est un domaine critique pour les recherches futures."
L'article dans Brain Medicine intitulé "Dynamic memory enqrams: Unveiling the celular mechanisms of memory encoding, consolidation, generalizaton, and updating in the brain" est librement accessible en Open Access le 20 mai 2025 dans Brain Medicine via le lien hypertexte suivant: https://doi.org/10.61373/bm025i.0044.
À propos de Brain Medicine: Brain Medicine (ISSN: 2997-2639, en ligne et 2997-2647, imprimé) est une revue de recherche médicale de haute qualité publiée par Genomic Press, New York. Brain Medicine est un nouveau carrefour pour la voie interdisciplinaire allant de l'innovation en neuroscience fondamentale aux initiatives translationnelles en médecine cérébrale. Le champ de la revue comprend la science sous-jacente, les causes, les résultats, les traitements et l'impact sociétal des troubles cérébraux, à travers toutes les disciplines cliniques et leurs interfaces.
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Journal
Brain Medicine
Method of Research
Literature review
Subject of Research
Animals
Article Title
Dynamic memory enqrams: Unveiling the celular mechanisms of memory encoding, consolidation, generalizaton, and updating in the brain
Article Publication Date
20-May-2025
COI Statement
The authors declare no competing interests.