#trendsincognitivesciences #mémoire #neurones A la recherche de la base neuronale de la mémoire

Les mouvements oculaires en tant qu'indicateurs en temps réel du traitement de la mémoire et de l'activité neurophysiologique. (A) Au cours d'un essai d'étude, un individu fait une séquence de saccades (flèches rouges) pour se fixer (cercles rouges) sur le contenu d'une scène visuelle. Dans cet exemple conceptuel, lorsqu'un participant regarde la succulente blanche (fixation 3), la récupération du contenu précédemment visionné (le latte, fixation 2) amène le regard à revenir à l'emplacement  précédemment visionné (fixation 4). Ce mouvement oculaire fournit donc un marqueur très précis du moment où la récupération a eu lieu au cours de l'essai d'étude, et cette précision temporelle peut être utilisée pour identifier un événement neurophysiologique rapide correspondant [une ondulation d'onde pointue (SWR), montrée dans le tracé inférieur]. (B) Au cours d'un essai, la mémoire guide l'exploration visuelle pour reconnaître la scène. Les deux premières fixations sont rétablies dans le même ordre que lors de l'épisode d'étude rappelé de mémoire. La visualisation de contenus inexplorés auparavant (fixations 3 et 4) permet l'intégration de nouveaux contenus en mémoire pour la scène, reflétant ainsi l'encodage lors de l'essai de test. La précision temporelle de ces mouvements oculaires permet d'identifier l'activité neurophysiologique correspondante (un épisode d'oscillations thêta, représenté sur le tracé inférieur).  

 

Les neuroscientifiques de la mémoire mesurent souvent l'activité neuronale lors d'essais de tâches conçus pour recruter des processus de mémoire spécifiques. Le comportement est défendu comme crucial pour déchiffrer les liens cerveau-mémoire, mais il est appauvri dans les expériences typiques qui reposent sur des jugements sommaires. Nous critiquons cette approche comme étant aveugle aux multiples processus cognitifs, neuronaux et comportementaux qui se produisent rapidement au cours d'un essai pour soutenir la mémoire. Au lieu de cela, les comportements résolus dans le temps tels que les mouvements oculaires se produisent à la vitesse de la cognition et de l'activité neuronale. Nous soulignons les succès obtenus en utilisant le suivi des mouvements oculaires à l’aide l'électrophysiologie in vivo pour lier les oscillations hippocampiques rapides aux processus d'encodage et de récupération qui interagissent sur des centaines de millisecondes. Cette approche améliorera la recherche sur la base neuronale de la mémoire, car elle identifie des moments discrets de correspondance cerveau-comportement-cognition. James E. Kragel et Joel L. Voss, dans Trends in Cognitive Sciences, publication en ligne en avant-première, 23 novembre 2021

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#Cell #hippocampe #mémoire #machinedetolmaneichenbaum La machine de Tolman-Eichenbaum : Unification de l’Espace et la Mémoire Relationnelle par la Généralisation de la Formation de l’Hippocampe

1. Unification des fonctions majeures de la formation de l'hippocampe
2. Ces principes sont prédictifs de beaucoup de phénomènes cellulaires

 Le système hippocampo-entorhinal est important pour la mise en œuvre de tâches de mémoire spatiale et relationnelle. Nous établissons des liens formels entre ces domaines, et fournissons un éclairage sur le rôle de l’hippocampe dans les mécanismes de généralisation, et énonçons des principes unificateurs sous-jacents propres à divers types de cellules entorhinales et hippocampiques. Nous proposons que les cellules entorhinales médianes forment une base de description de savoir structurel, et que les cellules hippocampiques lient cette base avec des représentations sensorielles. En adoptant ces principes, nous introduisons la machine de Tolman-Eichenbaum (TEM) [modèle fonctionnel du cortex hippocampique et entorhinal]. Après l’apprentissage, les cellules TEM - entorhinales présentent diverses propriétés s’apparentant à des réponses spatiales sur mesure, en apparence (cellules de grille, cellules vectrices…) . Les cellules TEM – hippocampiques comprennent des cellules d’emplacement et de repère hippocampiques, dont le rôle est de cartographier l’environnement. Il est crucial de constater que la TEM s’aligne avec les représentations empiriques dans l’exécutions de tâches non-spatiales complexes. La TEM est également prédictive d’un remaniement cartographique de l’hippocampe qui n’est pas aléatoire, contrairement à ce que l’on croyait auparavant. De fait, le savoir structurel est préservé à travers les divers environnements. Nous confirmons ce transfert structurel lors du remaniement cartographique dans les cellules grilles (…). James C.R. Whittington, et al, dans Cell, publication en ligne en avant-première, 11 novembre 2020

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#Cell #primates #hippocampe #cortexpréfrontal #abstraction La Géométrie de l’Abstraction dans l’Hippocampe et le Cortex Préfrontal

PFC=Cortex Préfrontal
HPC=Hippocampe
Reward=Récompense

De son aspect dimensionnel provient la difficulté dans la mise au point de modèles de renforcement de l’apprentissage et de prise de décision. Le processus d’abstraction peut apporter une solution à ce problème par la construction de variables définissant les caractéristiques partagées dans différentes situations ; réduisant pour chacune d’entre elles l’impact de l’aspect dimensionnel et permettant ainsi la généralisation des modèles. Ici, nous avons caractérisé les représentations neurales chez les primates réalisant une tâche décrite par différentes variables cachées et explicites. L’abstraction a été définie sur le plan opérationnel à l’aide de la généralisation de la performance selon des décodeurs neuraux à travers des conditions d’application inutilisées lors d’entraînements, requérant l’utilisation d’une géométrie particulière des représentations neurales. Les ensembles neuronaux du cortex préfrontal, de l’hippocampe, et les réseaux neuraux simulés représentent simultanément de multiples variables dans une géométrie reflétant l’abstraction mais qui permettent également à un classifieur linéaire de décoder un grand nombre d’autres variables (haute dimensionnalité des signaux). De plus, cette géométrie pouvait changer en temps réel en relation avec les tâches et la performance. Ces résultats permettent de décrypter la manière dont le cerveau et les systèmes artificiels représentent des variables en format résumé tout en préservant les avantages conférés par la haute dimensionnalité des signaux. Silvia Bernardi, et al, dans Cell, publication en ligne en avant-première, 14 octobre 2020

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#trendsinendocrinologyandmetabolism #hippocampe #neurogénèse #ghréline Neurogénèse de l’Hippocampe sous contrôle de la Ghréline : Implication dans la Santé et dans la Maladie

CELLULE DE L'ESTOMAC X/A
1. Transcription du gène GHRL
2. Traduction de la préproghréline
3. Clivage et acylation
4. Maturation par processus protéolytique

Résumé de la Production de Ghréline par l’Estomac

(1) Le gène de la ghréline (GHRL) est transcrit en ARNm préproghréline. (2) L’ARN préproghréline est traduit en un peptide de 117 acides aminés (aa) dans le réticulum endoplasmique rugueux (rER). (3) Le peptide préproghréline est clivé en proghréline dans le ER est une éventuelle acylation par la ghréline-O-acyl transférase (GOAT). (4) La prohormone convertase (PC1/3) assure le processus de la proghréline en ghréline mature, peptide de 28 acides aminés. (5) La ghréline acylée ou non-acylée est alors sécrétée dans la circulation. Abréviation : SP, peptide signal.

Il existe une étroite relation entre cognition et statut nutritionnel ; cependant, les mécanismes qui sous-tendent cette relation restent à élucider. Une hormone de l’estomac, la ghréline, qui est relâchée lors des états de restriction en nutriments, fournit un lien entre l’état énergétique et la fonction adaptative du cerveau. Le maintien de tels systèmes d’homéostasie est essentiel à un organisme pour prospérer et survivre ; il existe des preuves, toujours plus nombreuses, selon lesquelles la ghréline représente un élément clé dans la stimulation de la neurogénèse de l’hippocampe et la mémoire chez les adultes. Une neurogénèse aberrante est liée à un déclin cognitif du fait du vieillissement et de la neurodégénérescence. Ainsi, l’identification de facteurs métaboliques endogènes soumettant à régulation la formation des neurones chez les nouveaux-nés est une étape cardinale à franchir dans la compréhension du lien existant entre statut nutritionnel et fonction du système nerveux central (CNS). Ici, nous passons en revue les développements actuels dans notre connaissance du rôle de la ghréline dans la régulation de la neurogénèse et les mécanismes de la mémoire. Luke Buntwal, et al, dans Trends in Endocrinology & Metabolism, publication en ligne en avant-première, 21 août 2019

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#Cell #humeur #amygdala #hippocampe #réseau Un sous-réseau Amygdala-Hppocampe code pour les variations d’humeur chez l’homme

L'activité cérébrale présente des réseaux caractéristiques chez l'homme, représenté dans le panneau supérieur de la figure ci-dessus par les réseaux limbiques, chacun d'entre eux indiqué par une couleur différente.
Quel réseau est-il prédictif de la variation de l'humeur en fonction du temps, corrélée avec l'activité du réseau en fonction du temps?
C'est un même réseau qui est prédictif de l'humeur chez 13 sujets sur les 21 sujets examinés.
Une fréquence cohérente (de 13 à 30 Hz) amygdala-hippocampe représente le modèle linéaire permettant de représenter l'humeur telle qu'elle est (réelle) en fonction de l'humeur prédite.

Les réseaux neuronaux du cerveau humain codant pour les variations d’humeur sur des périodes de temps à l’échelle d’une vie n’ont été que peu explorés jusqu’à présent. Ici, nous combinons des enregistrements de signaux obtenus par électroencéphalographie intracranienne multi-site, semi-chronique du système limbique humain à l’aide de méthodes d’apprentissage machine pour dévoiler un sous-réseau neuronal du cerveau entrant en corrélation avec les variations d’humeur recueillies par auto-observation, et observées sur un ensemble de sujets pris individuellement sur plusieurs jours. Premièrement, nous définissons les sous-réseaux neuronaux influençant la dynamique intrinsèque du cerveau en identifiant les régions montrant des changements coordonnés en termes de cohérence spectrale. Le réseau neuronal le plus communément rencontré, identifié chez 13 sujets sur les 21 sujets étudiés, était caractérisé par une cohérence de fréquence ß (de 13 à 30 Hz) entre l’amygdala et l’hippocampe. 

Une variabilité augmentée de ce sous-réseau neuronal était en corrélation avec une dégradation de l’humeur chez ces 13 sujets. De plus, ces sujets présentaient des niveaux d’angoisse caractérisée significativement plus élevés que chez les 8 sujets sur 21 chez qui ce sous-réseau neuronal amygdala-hippocampe était absent. Ces résultats dévoilent une approche permettant d’extraire des relations réseau-comportement à partir de jeux de données complexes, et ils révèlent un sous-réseau conservé, associé à des caractéristiques psychologiques agissant sur la dynamique intrinsèque du cerveau, et codant pour les fluctuations de l’humeur. Lowry A. Kirby, et al, dans Cell, publication en ligne en avant-première, 8 novembre 2018

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#Cell #lumière #humeur #apprentissage #voiedesignalisation La lumière agit sur l’humeur et l’apprentissage par le truchement de voies de signalisation rétine-cerveau distinctes

Voies de signalisation distinctes relayant l'effet de la lumière sur l'apprentissage par le truchement de l'hippocampe (Hippocampal learning) et l'humeur (Mood). Light = Lumière. Les abréviations figurent dans le texte ci-dessous.

La lumière exerce toute une série d’effets biologiques outre ceux liés à la vue en tant que telle, incluant notamment régulation de l’humeur et apprentissage. Alors que la source d’information photique agissant sur l’humeur et les fonctions cognitives soit bien établie, à savoir les cellules ganglionnaires rétiniennes intrinsèquement photosensibles (ipRGCs), les médiateurs centraux en sont encore inconnus. Ici, nous révélons que les effets directs de la lumière sur l’apprentissage et l’humeur utilisent des flux de sortie émanant des ipRGSs distincts. Les ipRGCs qui se dirigent vers les noyaux suprachiasmatiques (SCN) assurent la médiation des effets de la lumière sur l’apprentissage, indépendamment de la fonction pacemaker des SCNs. La régulation de l’humeur par la lumière, en revanche, requière une voie de signalisation indépendante, reliant les ipRGCs à une région du thalamus précédemment méconnue, le noyau péri habénulaire (PHb). Le PHb est intégré à une circuiterie distincte pourvue de centres régulateurs de l’humeur ; il est à la fois nécessaire et suffisant pour relayer les effets de la lumière sur le comportement affectif. Pris dans leur ensemble, ces résultats fournissent de nouveaux éclairages pour ce qui est des bases neurologiques influençant l’humeur et l’apprentissage. Diego Carlos Fernandez, et al, dans Cell, publication en ligne en avant-première, 30 août 2018

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#Cell #astrocytes #neurones #mémoire L’activation des astrocytes génère la potentialisation de la réponse neuronale et l’augmentation de la mémoire

Potentiation De-Novo: Potentialisation de novoAstrocytic activation: Activation astrocytaire
Neuronal activation : Activation neuronale
Synaptic strength: Force synaptique
Task-dependent activation: Activation tâche-dépendante
Non-selective activation: Activation non sélective
Home cage: Cage de vie (familière) de l'animal de laboratoire
Learning: Apprentissage
Memory enhancement: Augmentation de la mémoire
Memory impairment: Altération de la mémoire
Chemogenetic: Chimiogénétique
Optogenetic: Optogénétique

Les astrocytes répondent à l’activité neuronale et sont connus pour être nécessaires à la plasticité et la mémoire. Afin de tester si l’activité astrocytaire est également suffisante pour générer la potentialisation synaptique et augmenter la mémoire, nous avons exprimé le récepteur hM3Dq couplé à la protéine Gq dans des astrocytes CA1, permettant leur activation par un médicament de synthèse. Nous avons découvert que l’activation astrocytaire est non seulement nécessaire à la plasticité synaptique, mais aussi suffisante pour induire la potentialisation de l’activité neuronale de novo à long terme dans l’hippocampe ; persistant après la cessation de l’activité astrocytaire. 

L’activation des astrocytes in vivo a amplifié l’allocation de mémoire ; c’est-à-dire l’augmentation de l’activité neuronale tâche-spécifique, seulement lorsque cette dernière est couplée à un apprentissage, mais pas chez la souris en cage. De plus, l’activation astrocytaire utilisant un outil chimiogénétique ou optogénétique au cours de l’acquisition a eu pour résultat une amélioration de la mémoire des souvenirs le jour suivant. Inversement, l’augmentation directe de l’activité neuronale indépendamment des astrocytes a eu pour résultat une très forte dégradation de la mémoire. Nos résultats selon lesquels les astrocytes ont la capacité d’induire la plasticité et d’augmenter la mémoire peuvent avoir d’importantes implications sur le plan clinique pour ce qui est des traitements visant à améliorer la cognition. Adar Adamsky, et al, dans Cell, publication en ligne en avant-première, 24 mai 2018

Source iconographique, légendaire et rédactionnelle: Science Direct / Traduction et adaptation : NZ

#trendsincognitivesciences #temps #cerveau #hippocampe Anatomie Fonctionnelle du Temps : le Quoi et le Quand dans le Cerveau

Position relative de l'hippocampe dans le cerveau*
Figure A: Hippocampe humain après ablation de l'hémisphère gauche
Figure B: Système limbique 1: amygdale 2: Hippocampe 3: Fimbria 4: Fornix 5: Strie terminale 6: Septum 7: Corps mamillaire 8: Thalamus
Source iconographique et légendaire: http://www.unige.ch/cyberdocuments/theses2000/ToniN/these_body.html 

Cet article d’Opinion examine les implications de l'anatomie fonctionnelle pour ce qui est de la manière dont nous nous représentons la structure temporelle dans nos échanges avec le monde qui nous entoure. Ce questionnement offre un traitement théorique tâchant de donner une signification aux principes architecturaux présidant à la structure du cerveau chez les mammifères. Plus précisément, notre propos ici est de considérer la résultante des représentations mutualisées d’une succession temporelle et des contenus ou, heuristiquement, une résultante du Quand et du Quoi. Cette résultante pourrait expliquer le rôle central de l’hippocampe dans les hiérarchies neuronales tout en fournissant une tentative d’explicitation des récentes observations relatives au codage des séquences définies de manière ordinale.  Les conséquences conceptuelles qui en résultent au niveau neuroanatomique et physiologique peuvent peut-être expliquer comment des séquences d’assemblage cellulaire auto-organisées permettent au cerveau d’induire des comportements pertinents transcendant le « IC et NUNC » (Ici et Maintenant).   Karl Friston et Gyorgy Buzsáki, dans Trends in Cognitive Sciences, publication en ligne en avant-première, 31 mai 2016

*Le titre de la figure est un ajout du traducteur 

Source : Science Direct / Traduction et adaptation : NZ

Séquences de l'hippocampe liant le passé, le présent et le futur

Hippocampe de rat (image de Thomas Deerinck, Université de Californie, San Diego, USA)
Source:  http://www.sciencesetavenir.fr/nature-environnement/20101119.OBS3218/la-beaute-du-vivant-a-travers-le-microscope.html

La perturbation de la réactivation des neurones de l'hippocampe pendant le sommeil altère la consolidation de la mémoire chez le rat. Cependant, l'importance fonctionnelle de la réactivation neuronale pendant les phases d'éveil reste une énigme. 

Une expérience, au cours de laquelle une réactivation en stade d'éveil a été interrompue, suggère que ce phénomène pourrait guider le comportement adaptatif, en reliant un apprentissage passé avec le monde environnant qui nous entoure. Andrew M. Wikenheiser, A. David Redish, in Trends in Cognitive Sciences - 1090, online 4 June 2012, in press

Source: www.sciencedirect.com / Traduction et adaptation: NZ