Les origines neurologiques de la mémoire
Vous souvenez-vous de quoi que ce soit avant votre troisième anniversaire? En réalité, c’est rarement le cas. Cette incapacité des adultes à se remémorer ces souvenirs épisodiques très anciens, ceux qui sont liés à des expériences personnelles spécifique,– est connue sous le nom d’amnésie infantile. Bien que ce phénomène soit bien connu, ses causes restent mal comprises. «L’amnésie infantile reste l’une des principales énigmes de la recherche sur la mémoire, car si les nourrissons apprennent manifestement très vite à connaître le monde qui les entoure, la plupart des souvenirs de leurs premières années ne peuvent pourtant pas être consciemment rappelés par la suite», explique Francesca Cacucci(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), professeure de neurosciences à l’University College London(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). L’étude de l’amnésie infantile se heurte notamment au fait que les enfants qui ne parlent pas encore ne peuvent pas décrire leur vécu de manière fiable. Jusqu’à récemment, les scientifiques ne disposaient pas non plus des outils nécessaires pour étudier l’émergence des circuits de la mémoire au niveau neuronal. De plus, les différents mécanismes de la mémoire ne se développent pas nécessairement au même rythme. «Cela signifie que l’amnésie infantile pourrait résulter d’une mémoire encore immature, d’une consolidation insuffisante, de mécanismes de rappel qui évoluent au fil du temps, ou d’un décalage entre la façon dont les souvenirs se forment au début de la vie et la manière dont le cerveau plus âgé tente ensuite d’y accéder», explique Francesca Cacucci. Dans le cadre du projet DEVMEM, financé par le Conseil européen de la recherche(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), Francesca Cacucci et ses collègues ont étudié ces questions en combinant des expériences comportementales sur le développement, des enregistrements électrophysiologiques à grande échelle et des modèles computationnels appliqués à des animaux afin de comprendre comment les circuits de la mémoire se mettent en place.
Cartographier les réseaux de mémoire à l’échelle du cerveau
Les chercheurs ont enregistré l’activité neuronale de rats en liberté à différents stades de développement, tandis que les animaux exploraient leur environnement ou effectuaient des tâches de mémoire. «Nous nous sommes particulièrement intéressés aux neurones codant l’espace, tels que les cellules de lieu, les cellules de grille et les cellules sensibles aux frontières, qui constitueraient l’architecture neuronale de la mémoire épisodique («quoi, quand, où») et de la navigation », explique Francesca Cacucci. Cette étude s’est également intéressée au sommeil, un élément essentiel à la consolidation de la mémoire. Le projet s’est appuyé sur des enregistrements électrophysiologiques à haute densité, des protocoles comportementaux, des environnements de réalité virtuelle et des modèles computationnels conçus pour comprendre comment les jeunes animaux apprennent de leurs expériences. «Cela nous a permis d’étudier non seulement certaines régions du cerveau, mais aussi la manière dont des réseaux plus vastes, organisés autour de l’hippocampe, mûrissent et commencent à soutenir des comportements stables guidés par la mémoire», confie Francesca Cacucci.
Comprendre l’émergence de la mémoire
L’une des principales conclusions du projet est que de nombreux systèmes neuronaux impliqués dans la mémoire se mettent en place progressivement et selon des rythmes différents. «Par exemple, les systèmes cérébraux chargés de convertir l’information entre des repères égocentriques (“centrés sur soi”) et allocentriques (“centrés sur le monde extérieu”») arrivent relativement tard à maturité», souligne Francesca Cacucci. «Ils permettraient au cerveau de transformer les expériences immédiates vécues à la première personne en représentations mentales durables des lieux et des événements.» Parmi les autres résultats marquants, le projet a démontré que les principaux schémas d’activité neuronale associés à la consolidation de la mémoire pendant le sommeil apparaissent de façon très coordonnée. Cette observation renforce l’idée que la capacité du cerveau à encoder, organiser et stabiliser les expériences pour en faire des souvenirs se construit progressivement au cours du développement.
Mieux comprendre l’amnésie pour faire progresser l’intelligence artificielle
Ces travaux pourraient également éclairer d’autres formes d’amnésie, car de nombreux troubles neurologiques et psychiatriques impliquent des perturbations au niveau des réseaux mémoriels, des mécanismes de consolidation liés au sommeil ou de la communication entre différentes régions du cerveau. «Mieux comprendre comment ces systèmes se mettent normalement en place au cours du développement, pourrait nous aider à mieux cerner ce qui se produit lorsqu’ils sont perturbés plus tard dans la vie», ajoute Francesca Cacucci. La modélisation computationnelle a également démontré que l’ordre et la structure des premières expériences influencent fortement les représentations acquises par les réseaux neuronaux artificiels, un constat qui pourrait orienter les futures méthodes d’entraînement de systèmes d’intelligence artificielle robustes. «Une autre voie de recherche consiste à déterminer si une meilleure compréhension des mécanismes de consolidation de la mémoire dépendant du sommeil pourrait, à terme, faire progresser les travaux consacrés aux souvenirs traumatiques», conclut Francesca Cacucci.