image: Left: illustration of the experimental device. Right: rats are placed on a miniature treadmill and transported by an electric train (the locomotive is placed behind the car so as not to mask the field of vision). Displacements can be active (treadmill on) to preserve the "nested" sequences or passive (treadmill off), to disturb them selectively, without altering the slow sequences. view more
Credit: Michaël Zugaro
La répétition est la meilleure méthode de mémorisation, pour les neurones eux-mêmes. Cest le principe de ce que les neurobiologistes nomment réactivations de séquences : durant le sommeil, les neurones de lhippocampe liés à une tâche sactivent très rapidement à tour de rôle dans un ordre précis, ce qui consolide le souvenir de cette tâche. Les réactivations de séquences sont fondamentales pour la mémorisation à long terme et les échanges entre lhippocampe et le reste du cerveau. Présentes seulement au repos, elles apparaissent donc après lactivité initiale des neurones, ce qui sous-entend quils « mémorisent » dans quel ordre sallumer. Mais par quel mécanisme ?
Une équipe de chercheurs du Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CNRS/Inserm/Collège de France)* vient de répondre à cette question en étudiant chez des rats les séquences dactivité de leurs cellules de lieu. Celles-ci sont des neurones de lhippocampe qui sallument en suivant la position de lanimal dans lenvironnement lorsquil se déplace. Lentement dabord, pendant quil effectue son déplacement, puis très rapidement lors des réactivations de séquences au cours du sommeil. Mais les neurobiologistes connaissent un autre type de séquences, appelées séquences thêta, qui répètent rapidement lactivation des mêmes cellules de lieu lorsque lanimal se déplace, en parallèle des séquences lentes. Ces séquences thêta sont donc dites « enchevêtrées ».
Lentes ou enchevêtrées, lesquelles de ces séquences sont nécessaires à lapparition des réactivations de séquences, et permettent donc la consolidation des souvenirs pendant le sommeil ? Les chercheurs lont découvert grâce à un système ingénieux qui désactive les séquences enchevêtrées, sans toucher aux séquences lentes : les animaux sont transportés sur un train électrique, dans un wagon muni dun tapis roulant (voir Image). Lorsque le tapis est à larrêt, les séquences enchevêtrées disparaissent, et celles-ci reviennent quand le tapis fonctionne. Les chercheurs ont alors pu observer quaprès plusieurs tours en train avec le tapis roulant à larrêt, les cellules de lieu de lhippocampe des rats ne se réactivent pas au cours du sommeil dans le même ordre que pendant léveil. Au contraire, après un trajet en train avec le tapis en marche, les réactivations de séquences sont bien présentes. Ainsi, ce sont les séquences thêta enchevêtrées pendant le mouvement qui sont indispensables à la consolidation de la mémoire au cours du sommeil.
Les chercheurs poursuivent leurs travaux en sintéressant maintenant à lintégration dinformations non-spatiales, comme les objets ou les textures, dans les séquences enchevêtrées, ainsi quà leur réactivation pendant le sommeil.
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* - Membre associé de lUniversité PSL, le Collège de France mène depuis 2009 une politique volontariste daccueil déquipes indépendantes qui bénéficient de services techniques et scientifiques mutualisés et dun environnement multidisciplinaire exceptionnel. Vingt-deux équipes sont actuellement hébergées au sein du Centre interdisciplinaire de recherche en biologie ainsi que dans les instituts de chimie et de physique du Collège de France. Soutenu notamment par le CNRS, ce dispositif est ouvert aux chercheurs français et étrangers. Il contribue à consolider lattractivité de Paris dans la géographie mondiale de la recherche.
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