Rythmes cérébraux et codage neural de la mémoire / Brain rhythms and neural coding of memory
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Responsables : Michaël Zugaro
Équipe : Nadia Benabdallah, Ariane Bochereau, Céline Drieu, Hongying Gao, Nicolas Maingret, Jumpei Matsumoto, Chantal Milleret, Virginie Oberto, Marco Pompili, Susan Sara, Laura Sylvander, Ralitsa Todorova, Sidney Wiener, Liyang Xiang, Michaël Zugaro.
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Introduction
1Les « cellules de lieu » de l’hippocampe codent la position de l’animal dans l’environnement. Lorsqu’un rat se déplace, en raison de leur organisation temporelle singulière, les cellules de lieu s’activent très rapidement l’une après l’autre pour représenter la trajectoire en cours à une vitesse accélérée, ce qui favorise le renforcement de leurs connexions et pourrait sous-tendre la formation d’une première trace mnésique dans l’hippocampe. Ensuite, au cours du sommeil à ondes lentes, ces mêmes séquences se reproduisent spontanément pendant les ondulations, des oscillations hippocampiques de haute fréquence (200 Hz). Ces réactivations permettent un dialogue avec le cortex qui conduit à la consolidation de la mémoire, c’est-à-dire sa stabilisation à long terme – nous avons été les premiers à le démontrer lors de nos travaux précédents (Eschenko et al., 2008 ; Girardeau et al., 2009 ; Ramadan et al., 2009 ; Girardeau et al., 2014 ; Maingret et al., 2016).
2Des structures sous-corticales jouent également un rôle fondamental dans ce processus, comme le striatum ou les noyaux neuromodulateurs. Nos travaux ont mis en évidence des couplages pendant le sommeil entre l’activité spontanée des neurones noradrénergiques, les ondulations hippocampiques et les réactivations d’ensembles neuraux au niveau cortical (Mölle et al., 2006 ; Peyrache et al., 2009 ; Eschenko et al., 2012).
Mise en place et réactivation des séquences hippocampiques
3Les séquences hippocampiques pourraient donc contribuer à la formation des traces mnésiques initiales, qui sont ensuite consolidées pendant le sommeil. Pour le tester, nous avons développé un protocole unique pour perturber sélectivement la formation des séquences hippocampiques au cours de l’exploration, et évaluer l’impact de cette perturbation sur les réactivations pendant le sommeil. Nos résultats indiquent qu’en l’absence de séquences hippocampiques pendant l’exploration, on n’observe aucune réactivation pendant le sommeil. Ceci suggère que l’organisation temporelle spécifique des séquences hippocampiques est nécessaire à la formation des souvenirs.
Rôle des neuromodulateurs dans le changement de stratégies de navigation
4Afin de mieux comprendre comment les résultats de nos enregistrements précédents au sein de l’hippocampe, cortex préfrontal et striatum s’intègrent dans la fonctionnellement, nous enregistrons chez le rongeur des neurones de deux centres de neuromodulation lors de l’apprentissage de deux règles différentes et du choix d’une règle en fonction du contexte. Nous regardons des neurones noradrénergiques du locus cœruleus et les neurones dopaminergiques de la substance noire pars compacta et l’aire tegmentale ventrale. Les neurones sont identifiés grâce à leurs réponses aux stimuli optogénétiques. Les neurones noradrenergiques déchargent de manière phasique lors des accélérations associées à l’exécution de la tâche. Nous nous attendons à ce que l’activité des neurones dopaminergiques soit liée aux différentes étapes de l’apprentissage.
Le réseau hippocampe-striatum-préfrontal dans l’apprentissage et la flexibilité cognitive
5L’apprentissage de différentes règles et la capacité à changer de stratégie en fonction du contexte mettent en jeu le cortex préfrontal, qui sous-tend certaines fonctions exécutives, ou encore le striatum, qui intervient dans la prise de décision et la motivation. Ces structures sont également impliquées dans les processus mnésiques, via leurs connexions avec l’hippocampe. Nous avons enregistré des neurones simultanément dans ces trois structures lors de l’apprentissage de deux règles différentes et du choix d’une règle en fonction du contexte. Nos résultats indiquent que les apprentissages successifs et le changement de stratégie sont sous-tendus par de multiples éléments du réseau cortico-striatal, et non par une seule structure. L’activité dans ces régions présente un décours temporel variable, qui dépend du niveau d’apprentissage et de la règle en cours. Enfin, la communication entre structures varie avec l’étape d’apprentissage et lors du changement de stratégie.
Publications
6van Meer N., Houtman A.C., Van Schuerbeek P., Vanderhasselt T., Milleret C. et Ten Tusscher M.P., « Interhemispheric connections between the primary visual cortical areas via the anterior commissure in human callosal agenesis », Frontiers in Systems Neuroscience, vol. 10, 2016, p. 101, DOI : 10.3389/fnsys.2016.00101.
Sara S.J., « Sleep to remember », The Journal of Neuroscience, vol. 37, n° 3, 2017, p. 457-463, DOI : 10.1523/JNEUROSCI.0297-16.2017.
Pour citer cet article
Référence papier
Michaël Zugaro, « Rythmes cérébraux et codage neural de la mémoire / Brain rhythms and neural coding of memory », L’annuaire du Collège de France, 117 | 2019, 650-652.
Référence électronique
Michaël Zugaro, « Rythmes cérébraux et codage neural de la mémoire / Brain rhythms and neural coding of memory », L’annuaire du Collège de France [En ligne], 117 | 2019, mis en ligne le 04 juin 2020, consulté le 08 décembre 2025. URL : http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/14796 ; DOI : https://doi.org/10.4000/annuaire-cdf.14796
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