Les souvenirs aident les cerveaux à reconnaître de nouveaux événements à retenir | Quanta Magazine

Les souvenirs sont des ombres du passé mais aussi des lampes de poche pour l'avenir.

Nos souvenirs nous guident à travers le monde, accordent notre attention et façonnent ce que nous apprenons plus tard dans la vie. Des études humaines et animales ont montré que les souvenirs peuvent altérer notre perception des événements futurs et l'attention que nous leur accordons. "Nous savons que l'expérience passée change les choses", a déclaré Loren Frank, neuroscientifique à l'Université de Californie à San Francisco. "Comment cela se produit exactement n'est pas toujours clair."

Une nouvelle étude publiée dans la revue Science Advances offre maintenant une partie de la réponse. En travaillant avec des escargots, les chercheurs ont examiné comment les souvenirs établis rendaient les animaux plus susceptibles de former de nouveaux souvenirs à long terme d'événements futurs connexes qu'ils auraient autrement pu ignorer. Le mécanisme simple qu'ils ont découvert l'a fait en modifiant la perception d'un escargot de ces événements.

Les chercheurs ont pris le phénomène de la façon dont l'apprentissage passé influence l'apprentissage futur "jusqu'à une seule cellule", a déclaré David Glanzmann, un biologiste cellulaire de l'Université de Californie à Los Angeles qui n'a pas participé à l'étude. Il l'a qualifié d'exemple attrayant "d'utilisation d'un organisme simple pour essayer de comprendre des phénomènes comportementaux assez complexes".

Bien que les escargots soient des créatures assez simples, cette nouvelle idée rapproche les scientifiques de la compréhension de la base neurale de la mémoire à long terme chez les animaux d'ordre supérieur comme les humains.

Bien que nous ne soyons souvent pas conscients du défi, la formation de la mémoire à long terme est "un processus incroyablement énergique", a déclaré Michel Crossley, chercheur principal à l'Université du Sussex et auteur principal de la nouvelle étude. De telles mémoires dépendent de notre forgeage de connexions synaptiques plus durables entre les neurones, et les cellules cérébrales ont besoin de recruter beaucoup de molécules pour ce faire. Pour économiser les ressources, un cerveau doit donc être capable de distinguer quand ça vaut le coût de former une mémoire et quand ça ne vaut pas le coup. C'est vrai, qu'il s'agisse du cerveau d'un humain ou du cerveau d'un "petit escargot avec un budget énergétique serré", a-t-il déclaré.

Lors d'un récent appel vidéo, Crossley a tendu un de ces escargots, un pouce de la taille Lymnée mollusque avec un cerveau qu'il a qualifié de "magnifique". Alors qu'un cerveau humain compte 86 milliards de neurones, celui de l'escargot n'en compte que 20,000 10, mais chacun de ses neurones est XNUMX fois plus gros que le nôtre et beaucoup plus accessible à l'étude. Ces neurones géants et leurs circuits cérébraux bien cartographiés ont fait des escargots un sujet de prédilection pour la recherche en neurobiologie.

Les minuscules butineurs sont également des "apprenants remarquables" qui peuvent se souvenir de quelque chose après une seule exposition, a déclaré Crossley. Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont scruté profondément le cerveau des escargots pour comprendre ce qui s'est passé au niveau neurologique lorsqu'ils ont acquis des souvenirs.

Souvenirs amadouants

Dans leurs expériences, les chercheurs ont donné aux escargots deux formes d'entraînement : fort et faible. Au cours d'un entraînement intensif, ils ont d'abord aspergé les escargots d'eau aromatisée à la banane, que les escargots considéraient comme neutre dans son attrait : ils en avalent un peu mais en recrachaient ensuite un peu. Puis l'équipe a donné aux escargots du sucre qu'ils ont englouti avidement.

Lorsqu'ils ont testé les escargots jusqu'à un jour plus tard, les escargots ont montré qu'ils avaient appris à associer la saveur de la banane au sucre de cette seule expérience. Les escargots semblaient percevoir la saveur comme plus désirable : ils étaient beaucoup plus disposés à avaler l'eau.

En revanche, les escargots n'ont pas appris cette association positive lors d'une séance d'entraînement faible, au cours de laquelle un bain aromatisé à la noix de coco était suivi d'une friandise au sucre beaucoup plus diluée. Les escargots ont continué à avaler et à recracher l'eau.

Jusqu'à présent, l'expérience était essentiellement une version escargot des célèbres expériences de conditionnement de Pavlov dans lesquelles les chiens apprenaient à baver lorsqu'ils entendaient le son d'une cloche. Mais ensuite, les scientifiques ont regardé ce qui s'est passé lorsqu'ils ont donné aux escargots un entraînement fort avec un arôme de banane suivi des heures plus tard par un entraînement faible avec un arôme de noix de coco. Soudain, les escargots ont également appris de la faible formation.

Lorsque les chercheurs ont changé d'ordre et ont d'abord effectué l'entraînement faible, il n'a de nouveau pas réussi à transmettre un souvenir. Les escargots formaient toujours un souvenir de l'entraînement intense, mais cela n'avait pas d'effet de renforcement rétroactif sur l'expérience antérieure. L'échange des saveurs utilisées dans les entraînements forts et faibles n'a également eu aucun effet.

Les scientifiques ont conclu que la formation solide a poussé les escargots dans une période "riche en apprentissage" au cours de laquelle le seuil de formation de la mémoire était plus bas, leur permettant d'apprendre des choses qu'ils n'auraient pas autrement (comme l'association de formation faible entre une saveur et sucre dilué). Un tel mécanisme pourrait aider le cerveau à diriger les ressources vers l'apprentissage aux moments opportuns. La nourriture pourrait rendre les escargots plus attentifs aux sources potentielles de nourriture à proximité ; les contacts avec le danger pourraient aiguiser leur sensibilité aux menaces.

Cependant, l'effet sur les escargots a été éphémère. La période riche en apprentissage n'a duré que 30 minutes à quatre heures après l'entraînement intensif. Après cela, les escargots ont cessé de former des souvenirs à long terme pendant la séance d'entraînement faible, et ce n'était pas parce qu'ils avaient oublié leur entraînement fort - le souvenir de cela a persisté pendant des mois.

Avoir une fenêtre critique pour un apprentissage amélioré est logique car si le processus ne s'arrêtait pas, "cela pourrait être préjudiciable à l'animal", a déclaré Crossley. Non seulement l'animal pourrait alors investir trop de ressources dans l'apprentissage, mais il pourrait apprendre des associations nuisibles à sa survie.

Perceptions modifiées

En sondant avec des électrodes, les chercheurs ont découvert ce qui se passe dans le cerveau d'un escargot lorsqu'il forme des souvenirs à long terme des entraînements. Deux modifications parallèles de l'activité cérébrale se produisent. Le premier encode la mémoire elle-même. Le second est "purement impliqué dans la modification de la perception de l'animal d'autres événements", a déclaré Crossley. Il "change la façon dont il voit le monde en fonction de ses expériences passées".

Ils ont également découvert qu'ils pouvaient induire le même changement dans la perception des escargots en bloquant les effets de la dopamine, la substance chimique du cerveau produite par le neurone qui activait le comportement de crachat. En effet, cela a activé le neurone pour cracher et a laissé le neurone pour avaler constamment allumé. L'expérience a eu le même effet de report qu'un entraînement intensif dans les expériences précédentes : des heures plus tard, les escargots ont formé un souvenir à long terme de l'entraînement faible.

Les chercheurs ont minutieusement et élégamment cartographié le processus du "comportement aux fondements électrophysiologiques de cette interaction entre les souvenirs passés et nouveaux", a déclaré Pierre Jacob, un boursier postdoctoral à l'Université d'Oxford qui n'a pas participé à l'étude. "Avoir la connaissance de la façon dont cela se produit mécaniquement est intéressant car il est probablement conservé à travers les espèces."

Frank, cependant, n'est pas entièrement convaincu que l'incapacité des escargots à ingérer de l'eau aromatisée après la faible formation signifie qu'ils n'en ont conservé aucun souvenir. Vous pouvez avoir une mémoire mais ne pas agir en conséquence, a-t-il dit, donc faire cette distinction peut nécessiter des expériences de suivi.

Les mécanismes derrière l'apprentissage et la mémoire sont étonnamment similaires chez les mollusques et les mammifères tels que les humains, a déclaré Glanzman. Pour autant que les auteurs le sachent, ce mécanisme exact n'a pas été démontré chez l'homme, a déclaré Crossley. "Il peut s'agir d'une caractéristique largement conservée et qui mérite donc une plus grande attention", a-t-il déclaré.

Il serait intéressant d'étudier si un changement de perception pourrait être rendu plus permanent, a déclaré Glanzman. Il soupçonne que cela pourrait être possible si les escargots reçoivent un stimulus aversif, quelque chose qui les rend malades au lieu de quelque chose qu'ils aiment.

Pour l'instant, Crossley et son équipe sont curieux de savoir ce qui se passe dans le cerveau de ces escargots lorsqu'ils adoptent plusieurs comportements, pas seulement en ouvrant ou en fermant la bouche. "Ce sont des créatures assez fascinantes", a déclaré Crossley. "Vous ne vous attendez pas vraiment à ce que ces animaux soient capables de faire ce genre de processus complexes."

Note de l'éditeur : Loren Frank est chercheuse auprès de l'Initiative de recherche sur l'autisme de la Fondation Simons (SFARI). La Fondation Simons finance également Quanta comme un magazine éditorial indépendant. Les décisions de financement n'ont aucune influence sur notre couverture.