Fonctionnement de la mémoire

• La mémoire est la fonction qui permet d'intégrer, de conserver et de restituer des informations afin d'interagir avec l'environnement
• Elle englobe le savoir-faire, les connaissances et les souvenirs
• Essentielle à la réflexion et à la projection dans le futur ou le passé, elle est adaptative et à la base de votre identité.

Durée de Rétention et Processus Séquentiels

• Les environnements extérieurs et intérieurs stimulent les mécanismes de perceptions extéroceptives et intéroceptives
• Les informations brutes sont enregistrées dans la mémoire perceptive corticale pour quelques millisecondes à quelques secondes
• Il existe également 4 autres types de systèmes de mémoire: MDT, mémoire sémantique, mémoire épisodique et mémoire procédurale
• Il existe 5 types de systèmes de mémoire interconnectés
• La mémoire de travail (MdeT) est au cœur du réseau et est le système de mémoire tampon actif du présent
• La mémoire perceptive est liée aux différentes modalités sensorielles
• La mémoire procédurale permet la mise en place d'automatismes
• La mémoire à long terme (MLT) comprend les mémoires sémantiques et épisodiques
• La MLT stocke les informations sur des dizaines de minutes, des heures, des jours ou des années
• La mémoire de de travail (MDT) est le stockage de l'information de l'ordre de la minute
• La MDT a recours à la boucle phonologique qui correspond à l'empan verbal et au calepin visuo-spatial pour les éléments visuels
• La mémoire procédurale est la mémoire des automatismes et est de très longue durée
• La mémoire perceptive sensorielle sont des infos brutes sensorielles stockées dans les cortex sensoriels durant quelques millisecondes ou secondes

Processus de la Mémoire (Encodage, Consolidation, Rappel, Reconsolidation)

• La mémoire se fait en 4 processus: Encodage, consolidation, rappel, reconsolidation
• L'encodage implique un réseau de neurones/synaptiques qui laisse une trace ( un engramme)
• La consolidation permet à cette trace de rester sur le long terme avec de la répétition
• Le rappel est la restitution, l'accès au réseau de synapses encodé initialement
• La reconsolidation est l'engagement du réseau de neurones qui sous-tend une trace mnésique à chaque rappel et induit une modification de cette trace
• Ceci est la plasticité cérébrale et plus exactement la plasticité synaptique
• La mémoire la plus éphémère soutient la plus longue
• La répétition est importante, elle permet d'encoder plus profondément les informations
• La répétition est indispensable pour consolider l'encodage et permettre le rappel
• Ce schéma est valable pour beaucoup de types de mémoire, pas seulement pour les mémoires déclaratives
• Une partie seulement est encodée en MLT: une partie des engrammes sont déstabilisés (oubliés) et d'autres renforcés
• Cela se fait de jour comme de nuit (pendant le sommeil)

Systèmes et Réseaux Interconnectés

• Les systèmes fonctionnent ensemble, se complètent et se compensent
• Le modèle de Squire fait la distinction entre mémoire déclarative (conscientisée) et non déclarative
• La mémoire déclarative et non déclarative impliquent des réseaux neuronaux distincts
• La mémoire sémantique n'est pas universellement partagée par tous
• Chaque mot, concept est différent selon le ressenti, le vécu, l'histoire de chacun
• Les régions cérébrales particulières sont associées à une fonction précise
• Les structures mnésiques peuvent être impliquées dans plusieurs fonctions et les fonctions peuvent être sous-tendues par plusieurs structures
• Le système de récompense participe au renforcement opérant
• Il donne une motivation à réaliser un comportement et est important dans le conditionnement
• La motivation est une forme de mémoire non classifiable comme déclarative ou non déclarative
• Dans toute prise de décision, une part non conscientisée, émotionnelle est influencée par des mémoires passées et des conditionnements

Trace Mnésique ou Engramme

• L'engramme correspond à un réseau de synapses qui est une trace physique mnésique
• Les preuves de l'engramme sont récentes (2010) mais supposées depuis longtemps
• Il y a des réseaux de neurones et des structures engagées, mais il est difficile de savoir exactement où les informations sont encodées
• Seuls quelques neurones sont engagés dans la trace, et seulement quelques épines dendritiques sont engagées
• L'engramme se situe donc plutôt au niveau des réseaux synaptiques ou du noyau
• Les éléments en rouge sur le schéma, subissent des modifications durables et permettent la consolidation en mémoire
• S'il y a re-consolidation, les mêmes cellules sont réactivées, ce qui renforce l'engramme et donc la trace mnésique
• Les méthylations sont transmises à la descendance et influencent les génotypes
• Il s'agit d'une mémoire transgénérationnelle, d'une transmission << traumatique » de vulnérabilités et susceptibilités

Plasticité Synaptique

• L'apprentissage entraîne une variation de la force des synapses engagées dans l'engramme
• Deux neurones qui s'excitent ensemble se lient ensemble
• La plasticité synaptique retient une trace d'excitabilité
• Une forte stimulation conserve un historique via différents mécanismes d'encodage et de consolidation
• La potentialisation à long terme explique la plus grande partie de la consolidation en mémoire
• Les ensembles synaptiques gardent un historique des évènements
• Nous reconsolidons certains engrammes et réseaux synaptiques pendant la nuit
• Plan du cours:
  • Généralités et méthodes d'étude, structures cérébrales impliquées et réseaux neuronaux et engrammes.
  • La mémoire: une histoire de plasticité synaptique
  • Cellules de lieus dans l'hippocampe encodent l'environnement spatial
  • L'encodage d'une carte spéciale permet la modélisation de la mémoire épisodique

Cas Historiques de Lésions et Méthodes d'Études (H.M., R.B.)

• Le cas d'HM (1926-2008) souffrait d'une épilepsie pharmaco résistante
• En 1953, HM subit une exérèse bilatérale des lobes temporaux médians
• L'exérèse comprenait 2/3 de l'hippocampe, gyrus parahippocampique, cortex entorhinal et amygdale
• HM a développé une amnésie antérograde sévère avec atteinte de la mémoire épisodique (+++) et sémantique (+), mais sans atteinte de la MdeT, ni de la M. procédurale
• Il a aussi développé une amnésie rétrograde temporellement graduée (moins de souvenirs des 1/2 ans précédant la chirurgie)
• Le cas d'HM est à l'origine de l'hypothèse de la corticalisation de la mémoire: plus un souvenir est encodé, plus il migre vers d'autres structures
• Le cas de RB (1926-1983): victime d'un accident vasculaire cérébral dans les régions CA1 de l'hippocampe provoquant une amnésie antérograde ++
• Avec une amnésie rétrograde limitée, CA1 n'est pas le lieu de stockage des mémoires à long terme et une base fondamentale pour l'hypothèse de corticalisation de la MLT
• Les lésions chez l'homme sont rarement spécifiques et diffèrent d'un patient à l'autre
• Des toxines particulières peuvent inhiber certains types de neurones spécifiques et permettent de mener des expériences reproductibles afin d'obtenir des conclusions scientifiques valables
• Des méthodes permettent de détruire une structure chez les modèles animaux: lésion mécanique (chirurgicale), lésion excitomotrice/excitotoxique et lésion neurologique/neurotoxique

Méthodes d'Excitation ou d'Inhibition des Structures Cérébrales

• Stimulation magnétique, électrique ou ultrasonore transcrânienne
• Électrophysiologie intracrânienne pour la maladie de Parkinson
• Pharmacologie = lésion/inactivation temporaire d'une structure avec une grande précision de la temporel (ex: lidocaïne ou muscimol)
• Observation par imagerie pendant réalisation de tâche cognitive via IRMf ou TEP scan
• Optogénétique et chémogénétique (uniquement chez l'animal car nécessite manip des gènes)
• Imagerie calcique chez l'animal seulement car implique un transgène

Encodage, Consolidation et Rappel

• Des études de la mémoire spatiale sont faites sur des animaux car elles sont considérées comme un reflet de la mémoire épisodique
• On utilise des labyrinthes ouverts avec des indices visuels importants et les comportements naturels des animaux combinés à un apprentissage
• Le labyrinthe de Barnes: plateforme avec des trous où l'animal doit reconnaître un trou à l'aide d'une récompense
• Labyrinthe radial (labyrinthe avec 8 bras) et piscine de Morris mesurent le temps que va mettre l'animal avant d'atteindre cette plateforme
• La reconnaissance d'objet utilise objets connus et nouveaux et vérifie si l'animal passe plus de temps sur objets nouveaux ou familiers
• Le conditionnement est aussi considéré comme une forme de mémoire: conditionnement classique et conditionnement opérant
• Conditionnement classique (Pavlovien): est dit passif et n'implique pas d'action volontaire de la part de l'animal
• Conditionnement opérant (de Skinner): dit actif car nécessite action volontaire de l'animal
• On ne mesure en réalité uniquement des reflets de la mémoire, on ne sait jamais vraiment ce qu'il se passe dans leur tête des animaux

Structures Cérébrales Déclaratives

• Principales aires impliquées dans les mémoires déclaratives: hippocampe, structures du diencéphale (thalamus et hypothalamus), fornix, cortex périrhinal, amygdale, cortex préfrontal (CPF), télencéphale
• L'hippocampe, le lobe temporal médian et le cortex entorhinal et périrhinal sont impliqués
• Le CPF a un rôle de "chef d'orchestre"
• Le circuit hippocampique est spécialisé pour les processus mnésiques
• Il inclut l'hippocampe, le thalamus et les corps mamillaires de l'hypothalamus et encode, consolide et se rappelle des mémoires épisodiques et sémantique
• Le cortex entorhinal est la structure d'entrée et de sortie de l'hippocampe ("circuit en impasse") et mène à l'hippo (et circuit trisynaptique y revient)
• L'hippocampe est constitué de 3 régions principales (gyrus denté, CA3 et CA1) et toutes sont impliquées dans l'encodage, dans la consolidation et le rappel

Régions Principales de l'Hippocampe

• Le gyrus denté est la première région qui reçoit l'information du cortex, le lieu de la neurogenèse adulte, va diluer les réseaux neuronaux déjà présents et assure le " pattern separation"
• Les informations passent ensuite au CA3, une région avec moins de neurones, qui forme un réseau auto-associatif qui fait de "l'auto-completion de patterns" et lie les choses similaires au lieu de les discriminer
• L'information part ensuite vers le CA1, qui permet d'intégrer l'ensemble des informations traitées et analysées précédemment
• Le CA1 compare le traitement de l'info de l'hippocampe: les traces mnésiques passées avec les traces mnésiques du présent
• L'hippocampe est donc un circuit tri-synaptique hautement spécialisé pour encoder et rappeler des mémoires
• Un cadre stéréotaxique permet d'injecter une substance et de cibler une structure du cerveau d'un animal
• L'hippocampe et la mémoire spatiale sont associés et plusieurs expériences sont réalisées dans un test de mémoire spatiale comme la piscine de Morris
• On peut observer l'activité de l'hippocampe lors de cette recherche spatiale via inject° de LY ds l'hippocampe par le biais de canules
• L'inactivation de l'hippocampe avt et pdt l'apprentissage empêche l'encodage
• On peut avoir un bon encodage mais ne pas se rappeler, ou bien inactiver le synapt de l'hippo après apprentissage pour empêcher la consolitation
• L'hippocampe est une structure mnésique fondamentale pour l'encodage, la consolidation et le rappel de la mémoire

Cortex Périrhinal

• Les animaux ont naturellement tendance à passer plus de temps à explorer les nouveaux objets
• Le temps de discrimination passé sur le nouvel objet vs l'objet familier est une mesure de la mémoire
• Des animaux auxquels on a désactivé le cortex périrhinal ne discriminent plus l'objet nouveau et ne s'en souviennent plus
• Ce cortex est donc impliqué dans l'encodage, dans la consolidation et le rappel en mémoire déclarative et mnésique
• Cortex préfrontal reçoivent de l'info de l'hippocampe ventral et projettent directement sur cortex périrhinal
• L'hippocampe dorsal est impliqué dans un contexte concret "où/quoi"?
• L'hippocampe ventral est impliqué dans le contexte émotionnel
• Le cortex préfrontal ajoute du contrôle exécutif et module l'ensemble du réseau neuronal
• Supprimer le CPF ventrolatéral bloque le rappel de mémoires anciennes
• Patient ML: lésions du CPF ventro-latéral = amnésie rétrograde épisodique et aucune amnésie antérograde
• H. de corticalisation de la MLT de Bontempi (1999): le CPF prendrait relai sur les mémoires les plus anciennes au fur et à mesure que l'hippocampe se désengage de ces mémoires
• Lorsque le CPF est lésé, on empêche l'encodage, le rappel et la consolidation en mémoires anciennes épisodiques

Aires additionnelles impliquées

• Dans le rappel, l'hippocampe garde un rôle de recontextualisation des mémoires anciennes pour ajouter des détails et consolider la mémoire
• Une autre théorie dit que lorsque l'on fait du rappel et de la reconsolidation, l'hippocampe serait quand même engagé
• Ces neurones iraient moduler la mémoire dans le cortex probablement en la transformant et modifient la trace mnésique
• Le CPF est particulièrement impliqué dans la mémoire de travail
• On peut modifier les performances de mémoire de travail en stimulant le rythme de synchronisation des neurones, avec une transformation de cette mémoire de travail en MLT

Diencéphale et Mémoires Déclaratives

• Le diencéphale est notamment composé du thalamus et de l'hypothalamus
• Le thalamus est le relais entre le cortex et les structures sous corticales
• Syndrome de Korsakoff (lié à carence sévère en Vit B1) provoque des déficits de la mémoire déclarative
• Les lésions des corps mamillaires de l'hypothalamus et d'autres structures suffisent à créer des déficits de mémoire déclarative

Striatum Dorsal et Mémoire Procédurale

• Le striatum dorsal fait partie des ganglions de la base
• En cas d'inhibition, l'hippocampe répondra si les animaux n'ont pas de stratégie et vont autant à gauche qu'a droite: donc cetre partie est lié à la mémoire spatiale déclarative
• Si le striatum dorsal est inhibé lorsqu'il a une stratégie égo-centrique de 8 jours, il utilisera une stratégie alloucentrée
• Lenteur, tremblements et rigidité sont associé à cette déregion

Ganglions de la Base

• La mémoire procédurale représente les automatismes moteurs des habitudes
• La maladie de Parkinson entraine un déficit de la mémoire procédurale
• Cortex et striatum communiquent grâce à plusier NT, ce qui permet les liaisons de matière cérébrale, fabrication dopaminique
• Le traitement permet de se supplémenter en dopamine, voir réguler la boucle des ganglions et retrouver mémoire
• Mémoires conditionnées
• Le striatum ventral envoie des projections gabaergiques à L'aire tegmentale ventrale.
• Substance noire de « pars compacta » qui fabrique et transmet dopamine au striatum dorsal ainsi que striatum ventral (noyau accumbens).
• L'aire tegmentale ventrale envoie dopamine dans : le striatum ventral (= noyau accumbens), l'hippocampe, l'amygdale & CPF
• Le circuit ventral (l'aire tegmentale ventrale/striatum ventral/pallidum ventral) sert au renforcement/punition, valence par stimulus
• Le circuit dopaminergique (motivation), système de réco, renforçateurs activé via drogues.
• Conditionnement opérant → auto-administration de drogues addictives -> système mémoire

Amygdale et Mémoires Émotionnelles Associatives

• Attribue valence émotionnelle qui acquiert valence à la prochaine rencontre.
• Patient avec lésion bilatérale comparé à d'autres: après 1 semaine, activité altérée pour des forts contenus, contrairement groupe référence.
• Encodage associé = qualité par Amygdale pendant visionnage.
• L'amygdale est donc reponsable de la mémoire émotionnelle, de donner une valence émotionnelle à un stimulus, avec expérience de pavlovienne qui l'illustre.
• Le noyau latéral de l'amygdale basolatérale est lieu de l'association. et son noyau central est l'output de l'amygdale.
• Noyau latéral : information Cortex/Thalamus / noyaus central : sortie par structures.
• l'amygdale basolatérale reçoit des infos du cortex/thalamus, pour associer stimulus (cpt de peur face choc).
• stimulus inconditionnel (réaction à un choc électrique) lié à un stimulus conditionné (son), le cervelet entre en compte.

Cervelet et Conditionnement Classique

• Peux dériver dans les mouvement/équilibre
• Les cellules de purkinje envoient projection vers un noyau et reçoivent afférentes du noyau olivaire ou lien.
• Possible de générer avec clignement si le son est suivi de souffle
• Stimulus-> réponse, il existe thérapies de désolidifications.

Réseaux Neuronaux et Engrammes

• Le substrat de la mémoire.
• Engramme est ensemble de c subissant modification durable car apprentissage, activable.
• Engramme activable par rappel, pendant encodage/rappel les neurones sont recrutés puis activité diminue mais réactivable.

Hippocampe

• neurones lieu, de grille, de direction, de tête, de bordure (carte cognitive spatio, stimulus capte dans espace etc)..repere odeurs...
• Pour les humains, mots, concepts sont retenus pareilles, verifications faites par cerveau.
• Neurogénèse : gènes actifs à tout age, peut y avoir défaut, manip physique, observation des effets niveaux memoire.
• Individus anxiodépressif: troubles de discrimination, des difficultés à discriminer contexte, en gros difficultés "pattern sélections", trop d'affirmation.
• Discrimination = limiter risques interférence.
• Prouver existence engramme via montrer que substrat est encoder, avec cellules de bordures.

Plasticité Synaptique

• L'axone reçoit PA, envoie info dans neuronne qui active prot au niveau dendrites, augmente force de connexion.
• Apprentissage : variation force synapses engager, mémoire perceptive implique synapses.
• potentialisation long terme: renforcement synapse
• dépression long terme:affaiblissement
• Ensemble synapses=historq, restituition/rappel fait modification-> consolider sur tps (journée/nuit) = consolidation.
• Lésions hippocampe atteignent formations nouveaux souvenirs mais n'affectent pas ancien.
• Neurones se composent de milliards de neurones, contact via synapse, typique plusieurs millers , très complexe/responsale fonction cerveau.
• Connexion changé via plsaticité (règle : use it or lose it), synapses used renforcée/non utilisées eliminer, souvenirs formé quand neurones font nouvelles connexions. synapses existantes , pas besoins.
• Force d'une synapse est msurée excitabilité du neuronne post synapt qui répond.
• Signal renforce synapses=potentialisation long terme.
• Potentiation synapse, signal passe et crée forte liaison, plus d'éléaboration= LTP base memoire.
• glutamare, prot stimule longue, petit Q de glutamate + ouverture
• canaux ioniques s'active via liaison, force synapse = niveau glutamate , peu en créer. Long terme passe sur plus forte dépolarisation, pas canal ouvert car ions magnésium bloquer, si signal long alors glutamate en Q hausse, AMPA plus ouvert etc, si influx important alors ions magnésium se barre et NMDA libérés, si force pas assez=pas ouverture compltete des récepteurs
• Le calcium medie la transmission, LTP 2 phases:
• calcium initie voies signalisations
• kinases améliores les com snaptiq de plein de manières

Phosphoratation vs Def

• protéine stimule déphospatation, l'inverse est DLT