Neurobiologie : La mémoire

Résumé de cours (merci à Olivier T. pour ce résumé)

 

1)      La mémoire et les différents niveaux d’études

 

 

Homme : psychologie expérimentale et psychologie cognitive. Tests de mémoires. Permet la construction de modèles de fonctionnement de la mémoire, ces modèles pouvant influencer le profil des recherches (modèles informatiques élaborés à partir de tests comportementaux).

Animal : ethologie, psychologie expérimentale (animaux de laboratoire)

 

Bases neuronales de la mémoire 

        Homme : neuropsychologie (sujets lésés), neurosciences cognitives (sujets intacts le plus souvent)

        Animal : Neurosciences intégrées ou cognitives

Processus intracorticaux

        in vivo animal anesthesié ou éveillé

in vitro coupes de cerveau vivant (electrophysiologie) ou mort (neuro-anatomie)

Neuropharmacologie : se réalise à différents niveaux d’études, Bases cellulaires de la mémoire : étude de la transmission synaptique.

 

2)      Les familles de mémoires chez l’homme

 

·         Selon un axe temporel

 

 

Mémoire à court terme, de capacité limitée

Mémoire à long terme, de capacité beaucoup moins limitée

 

·         En fonction des processus cognitifs

 

 

 

 

 

 

3)      Etude des bases neuronales de la mémoire

 

Modèles expérimentaux chez l’animal

 

Conditionnement Pavlovien chez la drosophile : association son + choc électrique 

approches différentes :

mutations sur mouches ; mutations puis sélection

Lésions d’une partie du cerveau de la mouche, lésions à l’aides d’outils génètique, mutants dont une structure cérébrale est absente.

Informations qui convergent sur les corps pédonculés (convergence d’informations somesthesiques/ olfactives)

 

Chez les mammifères (Rat ou souris)

Apprentissages simples/ conditionnement de peur

"Son" ou "Son plus choc électrique" ou "son seul après conditionnement" 

Apprentissage de deux types de choses

 

Le contexte

Spécificité du son

 

Structures cérébrales où convergent les structures auditives et somesthesiques : zone mémoire ?

Les zones de convergences sont hélas trop nombreuses pour pouvoir y repérer celles qui nous interesse.

 

 

 

 

 Autres expériences, consistant à léser l’hippocampe (lésion electrolytique)

Amygdale chez le rat :

        Input olfactif, auditif, visuel, somesthésique, hippocampe

        Output régions motrices, hypothalamus

        Composée de différents noyaux, n’ayant pas le même input ni le même output.

sans hippocampe : capable de réaliser l’association son / choc mais pas de souvenir du contexte

sans amygdale : pas de souvenir du contexte, pas d’association son / choc

conclusions/ mécanismes d’apprentissages lésés ? Mécanismes d’expression lésés ?

Sans amygdale latérale : Association son / choc absente

Sans amygdale centrale : pas d’expression du sentiment de peur (output important)

Conclusions : le souvenir du contexte dépend de l’intégrité de l’hippocampe (Hippocampique dépendant), l’association semble amygdale laterale dépendant.

 

Connaissance nécessaire des connectivités pour une meilleure approche et une meilleure compréhension des mécanismes.

 

Autre test (valence positive) chez le rat : TEST de PREFERENCE CONDITIONNEE

Labyrinthe radial

Phase A : 1 bras éclairé et renforcement (nourriture), 1 bras sombre sans renforcement

Phase B : 2 bras sans renforcement dont un éclairé où les rats vont de façon préferentielle (les rats se dirigent de façon instinctive vers les endroits sombres lorsqu’ils sont non-conditionnés). On obtient les mêmes résultats quand l’hippocampe est enlevé.

 

Autres tests (toujours avec labyrinthe radial)

Premier test « mémoire de travail » 

But : aller chercher de la nourriture dans chaque bras, pas le droit d’aller deux fois dans le même bras dans le même essai.

 

Hypothèses :

Mémoire à court terme lésée (Working mémory)

Existance d’un substrat neuronal permettant d’apprendre les « règles du jeu »

 

 

 

 

 

 

 

Second test « mémoire de référence »

But : on laisse éclairé quatres branches du labyrinthe, avec des récompenses aux extrêmités, les rats ne doivent pas rentrer deux fois dans le même bras.

Sans hippocampe, les animaux sont capables de jouer mais avec une charge mnésique moins importante. Composante mémoire présente aussi dans ce test.

L’hippocampe, quand il est absent, empêche l’animal d’avoir en tête les éléments en cours, ce deuxième test permet d’éliminer les hypothèses sensitivo-motrices et motivationnelles déduites à l’issue du premier test. Ceci montre clairement la nécessité d’observer les phénomènes à travers différents test pour éviter les biais expérimentaux. Le problème de ces tests est qu’ils sont peu puissants (on a des nombres d’erreurs sur 2 min compris entreun et dix) ce qui oblige à tester un très grand nombre d’animaux si ont veut des chiffres fiables et représentatifs.

 

 

Test beaucoup plus puissant/ test de la piscine de Morris

Quantification performance de mémoire ; piscine avec une eau opaque, où on peut cacher une petite plateforme, nage au hasard. Mesure d’une valeur continue : on mesure le temps nécessaire pour trouver la plateforme, test qui dure trois minute (au delà on retire le pauvre rat de la flotte)

Deux façons de réaliser le test (localisation plateforme en s ‘aidant d’indices visuels à l’ext.)

Hypothèse : si on enlève l’hippocampe, on doit perturber le comportement de l’animal, cette structure semblant nécessaire à la mémoire de l’espace.

Première façon : on pose le rat à différents point de départ : on trouve les résultats attendus

Seconde façon : rat qui part toujours du même point : Apprentissage malgré la lésion hippocampique, pas une structure critique pour organisation dans espace.Jonglage avec différents stimulis sensoriels, l’hippocampe semble lié à la mémoire relationnelle / configurale. Utilisation de façon souple des indices sensoriels.

 

Test sur la mémoire épisodique (mémoire affectée dans le cas d’HM)

Le rat sent successsivement les odeurs ABCDE. Ensuite il doit choisir dans une paire ; l’odeur la plus récente pour avoir sa récompense. Si on lèse l’hippocampe, ce test devient impossible alors qu’il est réalisable quand les rats sont sains. Rôle critique de l’hippocampe dans la mémorisation des séquences d’évènements.

Effets des lésions de l’hippocampe ou de l’amygdale 

         mémoire épisodique

 

Les différences s’explique par les projections différentes de l’hippocampe et de l’amygdale. 

 

Modèles expérimentaux chez l’homme

Travail sur des sujets normaux. Deux outils principaux : l’electrophysiologie, techniques d’imagerie cérébrale : TEP et IRMf

Tests de mémoire : listes de mots, délai, puis rappel libre (but qui est de donner un maximum de mots), on s’attendait à une activité dans l’hippocampe pendant le délai, or en TEP cela na pas été le cas. Théories développées chez le rat spécifiques ? Appareil de mesure pas suffisant ? le phénomène semblant être cortical dépendant chez l’homme. En IRMf localisation plus précise, région de l’hippocampe en activité pendant le test. Plus le nombre de mots stockés est important, plus l’hippocampe cosomme d’oxygène (donc plus en activité)

 

Electrophysiologie : localisation en EEG

Electrodes à plusieurs points de contacts, implantées pendant deux semaines environ : permet une localisation plus précise. On observe une différences d’amplitude entre mots rappelés et les mots oubliés. (visualisation en temps réel de la mémorisation)

 

4)      Neuro-anatomie de la mémoire visuelle

Mise en évidence des néo-cortex dans la mémoire, permettant le recoupement d’informations différentes. Electrophysiologie chez le singe : Ytest ; présentation d’une couleur, puis de deux. Le singe doit désigner la première couleur présentée parmi la paire (ou parmi un ensemble) après un délai déterminé. Mesure à différents endroits du néocortex visuel.

Résultats : activité qui persiste dans la période de délai au niveau du cortex inféro-temporal. Réponse neuronal en absence de stimulus, dans une région autre que l’hippocampe.

 

Autre test : présentation d’images plus complexes telles que des photos. Mise en évidence de la sélectivité des neurones sollicités dans le cortex inféro-temporal.

Théories : combinaison de neurones sélectif (des visages dans notre cas) qui permet de reconnaître des visages particuliers : « codage populationnel »

 

Expérience de lésions

Lésions des cortex en amont de l’hippocampe ; on regarde si capacité de mémoire sont altérées chez le singe. Résultats : si on lèse le cortex sans lèser l’hippocampe ; on observe des troubles importants de mémoires : les structures en amont sont importantes pour garder en mémoire vive des éléments d’information

 

Chez homme : tests qui combinent mémoire spatiale et mémoire de reconnaissance (avec le même input) observation en imagerie cérébrale pendant le délai. Résultats : activation cérébrale spécifique de la mémoire de reconnaissance (lobes occipital, temporal, frontal) de la mémoire spatiale (lobe pariétal)

 

5)      Neuropharmacologie de la mémoire

Principe général : on examine l’effet du blocage de la transmission de deux grandes catégories de neurotransmetteurs

Les NT intra-corticaux (acide glutamique / GABA)

Les Neuro-modulateurs (Ach, NA, sérotonine)

Exemples

Neurones cholinérgiques chez le rat

Neuromodulateur, innervation de l’ensemble du néo-cortex (système Ach du télé-encéphale basal) innervation de structures sous corticales (système Ach du tronc cérébral) Rôle dans la mémoire ? nécessité de trouver un test efficace.

Test visuel de non appariement retardé (DNMTS) : l’injection intra-péritonéale de scopolamine (antagoniste Ach muscarinique) entraîne un déficit de performances délai dépendant. (effet à délai important) si on procède à une injection par voie générale (effet dose pour voir la spécificité de la drogue) : altération des performances même à court délai.

 

 

6)      Bases cellulaires de la mémoire

1949 Postulat de Hebb : Pour deux neurones A et B qui interagissent par une synapse de A vers B, Si A est dépolarisé en même temps que B de façon répétée, alors la transmission de A vers B sera renforcée. Concept de mémoire associative.

1975 Démonstration expérimentale

Hippocampe ; rat et homme : electrostimulation, mesure PPSE en sortie 

travail également sur des tranches de cerveau (enregistrement intracellulaire)

 

Avantages : meilleure caractérisation des phases d’induction et de maintien

Sensibilité  aux inhibiteurs de synthèse protéique

Identification du NT mis en jeu

Identification des récepteurs post-synaptiques

Identification des évènements biochimiques post-synaptiques

Identification des évènements pré-synaptiques et du messager rétrograde.

 

Critère d’associativité

LPT répond à la propriété d’associativité, travail sur tranches. L’action de deux axones (A et C) qui convergent sur le même neurone doit conduire à la potentialisation de l’action de A et de C.

Stimulation A seul nX / B seul nX / avec intervalles de 10 secondes / puis A et B simultanés si ensuite on stimule que A ou B on observe une réponse potentialisée, le gain synaptique observé peut durer des heures. Les propriétés cellulaires ressemblent aux propriétés de la mémoire comportementale. LTP facile à obtenir dans régions de l’hippocampe et du néo-cortex.

 

Les sous-types de récepteurs post-synaptiques à l’acide glutamique

AMPA transmission normale excitatrice, laisse entrer le Na+ (dépolarisation classique) PPSE très court

NMDA transmission excitatrice lente si neurone fortement activé, normalement bloqué par Mg2+, laisse entrer le Ca en forte concentrations

Récepteurs métabotropiques intracellulaires

Les deux derniers récepteurs sont sollicités dans deux cas particuliers : associativité des inputs, fortes stimulations.

 

Mécanismes post-synaptiques de la LTP (potentialisation synaptique à long terme) 

LTP et vagues d’expression de gènes

Protéines kinases, gènes précoces, protéines de structure

Si injection d’un inhibiteur protéique on observe une altération de l’apprentissage d’un conditionnement Pavlovien.

 

Propriétés LTP sont similaires à celles de la mémoire

Associativité

Neuromodulation

 

LTP et apprentissage

Corrélation potentiel synaptique et performance, plasticité synaptique perturbée : performances perturbées

Mesure rétention information (test de la piscine, mais sans plateforme) : résultats / un traitement inta-péritonéal et intra-hippocampique par DL APV (antagoniste selectif NMDA) empêche l’apprentissage de la localisation de la plateforme. Animaux obtenus par transgenèse avec davantage de récepteur NMDA : souris transgéniques par surexpression du composant NR2B, protéine clef du récepteur NMDA.