Identification des régions cérébrales et des mécanismes de la mémoire à long terme.

L'équipe de Bruno Bontempi avait précédemment montré que l'hippocampe est nécessaire à la formation initiale des souvenirs mais que son rôle est temporaire et qu'il ne constitue pas un site de stockage définitif des souvenirs. Les régions cérébrales impliquées dans le rappel des informations anciennes relevant de la mémoire à long terme n'avaient jusqu'alors pas pu être clairement identifiées.

Bruno Bontempi et ses collaborateurs du Laboratoire de neurosciences cognitives (CNRS, Université Bordeaux 1), sont parvenus à identifier les régions cérébrales qui jouent un rôle crucial dans le stockage et le rappel d'informations anciennes. Ils ont également pu mettre en évidence certains des mécanismes qui sous-tendent la formation des souvenirs au sein du néocortex. Ces travaux sont publiés dans la revue Science du 2 juillet 2004.

L'équipe de Bruno Bontempi avait précédemment montré que l'hippocampe est nécessaire à la formation initiale des souvenirs mais que son rôle est temporaire et qu'il ne constitue pas un site de stockage définitif des souvenirs. Les régions cérébrales impliquées dans le rappel des informations anciennes relevant de la mémoire à long terme n'avaient jusqu'alors pas pu être clairement identifiées.

Dans ces derniers travaux, les chercheurs ont analysé par imagerie cérébrale l'expression de gènes (c-fos et zif268) utilisés comme marqueurs de l'activité neuronale chez des souris soumises à l'apprentissage d'une épreuve de discrimination spatiale dans un labyrinthe à 5 bras. Dans cette tâche, l'animal doit mémoriser la position spatiale de l'un des bras, à l'extrémité duquel se trouve un appât. Ils ont examiné chez ces souris les activations neuronales induites lors du rappel d'informations récentes (délai de 1 jour) ou anciennes (délai de 30 jours après la phase d'acquisition). En passant de la récupération d'un acquis récent à un acquis ancien, les chercheurs ont pu observer une augmentation de l'activité neuronale au sein de plusieurs régions corticales: cortex préfrontal, cingulaire antérieur ou rétrosplénial ( cf figure 1 ). Ces résultats leur ont également permis de confirmer le rôle transitoire de l'hippocampe dans le stockage à long terme des informations.

L'importance fonctionnelle de ces changements d'activité neuronale au sein des réseaux hippocampo-corticaux a pu être vérifiée par une approche invasive: l'injection d'un anesthésique local (lidocaïne) qui inactive de façon sélective et transitoire l'activité neuronale. L'injection a été réalisée avant le début de chacune des séances de rappel au sein de l'hippocampe et des régions corticales préalablement identifiées. L'inactivation de l'hippocampe ou du cortex cingulaire postérieur a conduit à une perturbation du rappel des informations récentes (délai de 1 jour) mais s'est avérée sans effet sur le rappel des informations anciennes (délai de 30 jours). A l'inverse, l'inactivation des cortex préfrontal ou cingulaire antérieur a perturbé le rappel des informations anciennes sans affecter celui des informations récentes.

L'équipe bordelaise a par ailleurs mis en évidence que le stockage des souvenirs s'accompagne de la formation de nouvelles synapses au niveau des cortex préfrontal et cingulaire antérieur ( cf figure 2 ) et d'une redistribution de l'activité neuronale au sein des différentes couches du cortex pariétal.

L'ensemble de ces résultats montre que la formation et le stockage des souvenirs au niveau cortical nécessitent un dialogue temporaire entre l'hippocampe et les aires corticales, et s'accompagne d'une modification progressive de l'architecture des réseaux corticaux. A terme, cette réorganisation neuronale permet à des régions corticales spécifiques d'assurer de façon indépendante le rappel et l'utilisation d'informations anciennes.

L'identification de ces régions corticales ouvre des perspectives intéressantes pour l'étude des mécanismes cellulaires et moléculaires responsables des changements de plasticité synaptique au sein des réseaux neuronaux corticaux. Le développement de nouvelles drogues visant à traiter les dysfonctionnements cognitifs observés dans les maladies neurodégénératives ou psychiatriques peut également être envisagé.

Figure 1 - Représentation des différentes structures cérébrales impliquées dans le rappel des souvenirs. Alors que le rappel des informations récentes est sous-tendu par la formation hippocampique (1) (hippocampe + cortex entorhinal) et le cortex cingulaire postérieur (2), le rappel des informations anciennes dépend du cortex préfrontal (3) et du cortex cingulaire antérieur (4). Les cortex pariétal (5) et rétrosplénial (6) seraient également impliqués dans la restitution des souvenirs.

Figure 2 - Observation de la formation de nouvelles synapses au niveau du cortex cingulaire antérieur entre le rappel à court terme (1 jour, à gauche) et à long terme (30 jours, à droite) des informations précédemment acquises. Le noyau des cellules nerveuses est marqué en bleu, les taches vertes révèlent la présence d'une protéine (la GAP-43) marqueur des synapses.

Références :

Sites of neocortical reorganization critical for remote spatial memory

Thibault Maviel, Thomas P. Durkin, Frédérique Menzaghi, Bruno Bontempi. Science, 2 juillet 2004.

Contact chercheur :

Bruno Bontempi & Thibault Maviel

Tél : 05 40 00 38 22 et 05 40 00 87 45

Mél : b.bontempi@lnc.u-bordeaux1.fr , t.maviel@lnc.u-bordeaux1.fr

Contact département des Sciences de la vie :

Jean-Pierre Ternaux

Tél : 01 44 96 43 90

Mél : jean-pierre.ternaux@cnrs-dir.fr

Source

Figure 1 - Représentation des différentes structures cérébrales impliquées dans le rappel des souvenirs. Alors que le rappel des informations récentes est sous-tendu par la formation hippocampique (1) (hippocampe + cortex entorhinal) et le cortex cingulaire postérieur (2), le rappel des informations anciennes dépend du cortex préfrontal (3) et du cortex cingulaire antérieur (4). Les cortex pariétal (5) et rétrosplénial (6) seraient également impliqués dans la restitution des souvenirs.

Figure 1 - Représentation des différentes structures cérébrales impliquées dans le rappel des souvenirs. Alors que le rappel des informations récentes est sous-tendu par la formation hippocampique (1) (hippocampe + cortex entorhinal) et le cortex cingulaire postérieur (2), le rappel des informations anciennes dépend du cortex préfrontal (3) et du cortex cingulaire antérieur (4). Les cortex pariétal (5) et rétrosplénial (6) seraient également impliqués dans la restitution des souvenirs.

Figure 1 - Représentation des différentes structures cérébrales impliquées dans le rappel des souvenirs. Alors que le rappel des informations récentes est sous-tendu par la formation hippocampique (1) (hippocampe + cortex entorhinal) et le cortex cingulaire postérieur (2), le rappel des informations anciennes dépend du cortex préfrontal (3) et du cortex cingulaire antérieur (4). Les cortex pariétal (5) et rétrosplénial (6) seraient également impliqués dans la restitution des souvenirs.

Figure 2 - Observation de la formation de nouvelles synapses au niveau du cortex cingulaire antérieur entre le rappel à court terme (1 jour, à gauche) et à long terme (30 jours, à droite) des informations précédemment acquises. Le noyau des cellules nerveuses est marqué en bleu, les taches vertes révèlent la présence d'une protéine (la GAP-43) marqueur des synapses.

Figure 2 - Observation de la formation de nouvelles synapses au niveau du cortex cingulaire antérieur entre le rappel à court terme (1 jour, à gauche) et à long terme (30 jours, à droite) des informations précédemment acquises. Le noyau des cellules nerveuses est marqué en bleu, les taches vertes révèlent la présence d'une protéine (la GAP-43) marqueur des synapses.

Figure 2 - Observation de la formation de nouvelles synapses au niveau du cortex cingulaire antérieur entre le rappel à court terme (1 jour, à gauche) et à long terme (30 jours, à droite) des informations précédemment acquises. Le noyau des cellules nerveuses est marqué en bleu, les taches vertes révèlent la présence d'une protéine (la GAP-43) marqueur des synapses.