Une étude menée chez des souris suggère que certains souvenirs à long terme peuvent persister après un état d’hibernation artificiellement induit, malgré une importante perte de connexions synaptiques, notamment grâce au maintien de certaines structures spécifiques. Ces résultats suggèrent que la seule force des connexions synaptiques ne suffit peut-être pas à expliquer le maintien des souvenirs à long terme.
Une théorie influente propose que certaines formes de mémorisation reposent notamment sur le renforcement durable de certaines connexions synaptiques, selon un processus appelé potentialisation à long terme (PLT). Ces modifications synaptiques participent à la formation d’engrammes, des populations de neurones dont l’activité est associée à la représentation d’un souvenir.
Lorsque les neurones d’un réseau spécifique s’activent de manière répétée, leurs synapses se renforcent, ce qui augmente la libération de neurotransmetteurs, provoque des changements structurels et augmente la surface de connexion entre les cellules cérébrales, renforçant ainsi la mémoire. Inversement, lorsque les connexions d’un réseau particulier sont affaiblies en étant peu actives, le potentiel de mémorisation s’affaiblirait également, du moins en théorie.
Autrement dit, les connexions synaptiques stables sont considérées comme essentielles à la mémorisation à long terme. Cependant, de récentes études ont mis au jour que le nombre de neurones impliqués dans un engramme peut évoluer au fil du temps sans que cela n’affecte nécessairement la mémoire.
Alors, comment les engrammes conservent-ils les souvenirs malgré ces modifications ? Une étude publiée le 13 août dans la revue Science apporte de nouveaux éléments d’information suggérant qu’ils ne constituent peut-être pas un mécanisme déterminant de la conservation des souvenirs à long terme.
« Je ne pense pas que notre étude réfute l’hypothèse de la potentialisation à long terme (PLT) », explique Kazumasa Tanaka, co-auteur de l’étude et responsable de l’unité de recherche sur la mémoire à l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST), au Japon, à LiveScience. « Cependant, en ce qui concerne le maintien des souvenirs dans le temps, la PLT n’est peut-être pas l’élément le plus déterminant. »
Deux jours d’hibernation, et la moitié des synapses en moins
Pour explorer leur hypothèse, Tanaka et ses collègues ont utilisé un état d’hibernation artificiellement induit chez des souris. Des études précédentes ont notamment montré que, chez certains animaux qui hibernent, le cerveau se rétrécit, tandis que les connexions interneuronales se réduisent sur de longues périodes, ce qui ralentit ainsi considérablement l’activité cérébrale.
« Certaines études indiquent que leurs souvenirs restent intacts, même après [l’hibernation], ce qui leur permet de se souvenir de leurs congénères, comme leurs amis, ou de l’emplacement de leur nourriture », a expliqué Tanaka à Live Science.
L’image de gauche représente une synapse typique, point de connexion entre deux cellules cérébrales (l’axone de la première se connectant aux dendrites de la seconde). Chaque dendrite est recouverte de minuscules protubérances appelées épines dendritiques, qui abritent des récepteurs pour les neurotransmetteurs, messagers chimiques transmettant les signaux entre les cellules. Les signaux électriques présents dans l’axone déclenchent la libération de ces neurotransmetteurs au niveau de la synapse. © OIST
Afin de déterminer comment ces souvenirs persistent, l’équipe de la nouvelle étude s’est concentrée sur l’hippocampe, la région cérébrale impliquée dans le traitement de la mémoire. En particulier, les chercheurs se sont concentrés sur la mémoire épisodique, notamment celle liée à des événements ou à des expériences précis. Ces souvenirs dépendent notamment de l’hippocampe, mais leur consolidation et leur réorganisation impliquent des interactions complexes entre plusieurs régions cérébrales.
Dans un premier temps, les chercheurs ont appris à des souris à associer un environnement spécifique à une légère décharge électrique au niveau de leurs pattes. Dans une autre expérience, elles apprenaient à mémoriser l’emplacement de pastilles de sucre dans un labyrinthe. Après cette étape de mémorisation, les animaux ont été plongés en hibernation artificielle pendant deux jours.
Des changements se sont produits dès 30 minutes après le début de l’hibernation et, en 24 heures, le nombre de synapses dans l’hippocampe des souris était réduit de moitié. « Cela suggère que, pour la mémoire à long terme, seuls certains groupes de synapses sont importants ; les autres seraient superflus », explique Tanaka dans un communiqué de l’OIST.
Malgré ces modifications, les souvenirs des souris étaient restés intacts et leur comportement était identique à celui des animaux qui n’avaient pas hiberné. Pour étayer ces observations, l’équipe de Tanaka a comparé les souris placées en hibernation artificielle à un autre groupe de souris placé sous anesthésie de longue durée et traité avec un composé empêchant le renforcement des synapses.
Ce schéma illustre deux motifs caractéristiques observés dans l’étude. À gauche, on observe un bouton multisynaptique (BMS), où une terminaison présynaptique se connecte à plusieurs épines dendritiques différentes sur des cellules distinctes. Les chercheurs ont constaté que les BMS étaient plus susceptibles d’être conservés après l’hibernation, ce qui suggère leur rôle essentiel dans la rétention de la mémoire. © OIST
Résultat : les souris anesthésiées présentaient également une importante perte synaptique, mais, contrairement au premier groupe, leurs souvenirs ont été altérés. En analysant les cerveaux des deux groupes, les chercheurs ont constaté que les souris en hibernation artificielle présentaient des amas de synapses résistants formant des sortes de nœuds.
Les chercheurs ont notamment identifié des synapses d’engramme regroupées spatialement et associées à des contacts synaptiques avec des boutons multisynaptiques. La prochaine étape de l’étude consistera à caractériser ces nœuds au niveau moléculaire afin de déterminer précisément la manière dont ils peuvent affecter la mémoire.
