Mais où se cachent donc nos souvenirs ?

Le cerveau humain est composé de plus de 100 milliards de cellules à activité électrique, que l’on appelle neurones. Une de leurs caractéristiques est de projeter des extensions (appelées axones) qui forment des connexions avec d'autres neurones. Ces connexions, ou synapses, permettent aux neurones de communiquer directement entre eux en libérant des substances chimiques appelées neurotransmetteurs. Différentes populations de neurones forment chacune des réseaux complexes au sein du cerveau, l’ensemble formant des milliards de synapses. De façon intéressante, la structure et l’intensité des connexions synaptiques peuvent être modifiées avec l'expérience. En raison de cette plasticité et de la complexité inhérente aux réseaux synaptiques, on a longtemps pensé que les souvenirs étaient stockés par l’intermédiaire de ces connexions. Il est cependant difficile pour les scientifiques d'étudier ce phénomène en détail, car rechercher les neurones impliqués dans le stockage d’un souvenir donné revient à chercher une aiguille dans une botte de foin. Le défi consiste donc à identifier les neurones correspondant à un souvenir donné (ce que nous appellerons la trace mnésique) puis d'étudier leurs connexions synaptiques.

Dans "Un scandale en Bohème", d’Arthur Conan Doyle, Sherlock Holmes conçoit un plan pour récupérer une photo compromettante du roi de Bohême cachée dans la maison d’Irene Adler. Quand le Docteur Watson demande à Holmes comment il saura où chercher, Holmes rétorque : «Je ne vais pas avoir à chercher ... Elle me montrera d’elle-même la cachette». Lorsqu’il libère de la fumée, le comportement d’Adler révèle en effet l’emplacement de la photographie car «quand une femme pense que sa maison est en feu, son instinct la pousse à se précipiter vers la chose à laquelle elle tient le plus.» Pour identifier la trace mnésique correspondant à un souvenir particulier, il est possible d’adopter une approche similaire, en détournant les mécanismes biologiques d’affectation des souvenirs. Une des façons qu’a le cerveau d’affecter des informations consiste à activer l’expression de certains gènes spécifiques pour produire les protéines correspondantes. Nous avons modifié ces gènes de façon à produire une protéine fluorescente ainsi facilement observable. Nous avons ainsi créé une souris dont certains neurones s’allument quand un souvenir donné est activé, identifiant donc certaines des cellules participant au stockage de ce souvenir particulier; ce sont les cellules portant la trace mnésique, aussi appelées «cellules engrammes».

Ayant identifié ces cellules, nous avons pu étudier directement leur fonctionnement. Ce faisant, nous avons découvert que les cellules portant la trace mnésique d’un souvenir spécifique reçoivent davantage de connexions synaptiques que d'autres neurones. En outre, si l’on altère artificiellement ces synapses par traitement chimique, les souris affichent une amnésie pour les souvenirs associés; en d'autres termes, elles ne peuvent plus se souvenir des événements stockés à cet emplacement. Le fait que les cellules engrammes possèdent une grande densité synaptique semble donc être une propriété importante pour le fonctionnement de la mémoire.

Mais ces souvenirs sont-ils dans ce cas complètement perdus ou simplement rendus inaccessibles? La meilleure preuve que l’on puisse avoir qu’un souvenir est bel et bien présent au sein du cerveau d’un animal, consiste à pouvoir observer concrètement un comportement associé à ce souvenir. Nous avons développé une méthode pour activer directement un souvenir particulier chez la souris; elle consiste à stimuler artificiellement et spécifiquement les cellules engrammes associées à ce souvenir. Lors de l'activation de ces cellules, le comportement de l’animal prouve qu’il se rappelle du souvenir. Lorsque nous avons stimulé des cellules engrammes dont les synapses avaient auparavant été altérées, induisant un oubli du souvenir correspondant, les souris ont de nouveau affiché le comportement attendu, ce qui prouve qu'elles se rappelaient bien du souvenir stocké au niveau de ces cellules. Cela signifie que le souvenir a survécu à l'amnésie et était encore présent dans le cerveau.

Comment le souvenir est-il alors stocké dans le cerveau malgré l'absence de synapses engrammes renforcées? Une analyse plus approfondie a révélé que des cellules engrammes localisées dans différentes régions du cerveau présentent une carte unique de connexions synaptiques entre elles. Bien que l’intensité de ces connexions ait été compromise lors de l’altération des synapses induisant la perte de mémoire, le réseau des connexions est resté intact. C’est pourquoi le souvenir peut être récupéré en activant artificiellement les cellules engrammes.

Au cours d’un apprentissage, de petites populations de neurones sont activées simultanément dans différentes régions du cerveau concernées par cette expérience; elles deviennent alors des cellules engrammes. Ces populations de cellules engrammes forment entre entre elles des réseaux de connexions préférentielles, qui représentent probablement en eux-mêmes le mode de stockage de l'information mnésique. De plus, l’intensité des connexions synaptiques entre cellules engrammes est renforcée, ce qui facilite une communication efficace et leur permet d'être facilement accessibles lorsqu’un souvenir doit être utilisé. Cette double propriété des cellules engrammes confère à l’organisme une capacité d’adaptation: d’une part, l’existence de réseaux synaptiques stables rend possible la conservation à vie des souvenirs à long terme; d'autre part, la possibilité de moduler l’intensité des connexions synaptiques permet à l'organisme de modifier rapidement et de façon réversible l'accessibilité aux souvenirs existants, sans avoir à les effacer complètement. Sur la base de ces résultats, on peut émettre l’hypothèse que de nombreux cas d'amnésie clinique observés par exemple dans la maladie d’Alzheimer, les accidents vasculaires cérébraux ou les lésions traumatiques cérébrales, soient causés par la perturbation de l'accès à certaines traces mnésiques. Il est possible que les souvenirs «perdus» soient encore présents au sein du cerveau des patients souffrant de ces problèmes; le développement de nouveaux types d’interventions cliniques permettrait peut-être de les récupérer. L'astuce, «mon cher Watson», consisterait à convaincre le cerveau de nous montrer où ils se cachent.

Traduit par Dr. Margot Riggi, Scientific Editor, TheScienceBreaker