Les souvenirs sont capricieux. J'ai visité le Canada atlantique au cours des trois dernières semaines, et déjà mes souvenirs du voyage - dates, lieux, aliments, aventures - ne correspondent pas aux épingles sur Google Maps ou aux entrées de journal. Mon cerveau apprenait de nouvelles expériences et encodait des souvenirs, mais pas assez fort pour durer ne serait-ce qu'une semaine.
La rétention de la mémoire s'aggrave avec l'âge. Pour les personnes atteintes de lésions cérébrales, telles qu'un accident vasculaire cérébral ou un traumatisme physique au cerveau, la déficience peut être totalement débilitante. Et s'il existait un moyen d'augmenter artificiellement la capacité du cerveau à conserver les souvenirs ?
L'idée sonne comme un Black Mirror épisode. Mais ce mois-ci, une nouvelle étude in Frontières de la neuroscience humaine a fourni certaines des premières preuves qu'une «prothèse de mémoire» est possible chez l'homme. La prothèse n'est pas un appareil; il s'agit plutôt d'une série d'électrodes implantées à l'intérieur de l'hippocampe - une structure enfouie profondément dans le cerveau qui est essentielle pour les souvenirs épisodiques - qui encode le quand, où et quoi de nos expériences quotidiennes.
La configuration repose sur une vision totalement anti-romantique de la mémoire. Plutôt que les vagues de riches, détaillées, souvenirs émotionnels qui inondent notre cerveau, il soutient que les souvenirs sont simplement des signaux électriques générés par une autoroute neuronale bien régulée à l'intérieur de l'hippocampe. Si nous pouvons capturer ces signaux pendant qu'une personne apprend, alors en théorie, nous pourrions restituer les enregistrements au cerveau - sous la forme de décharges électriques - et potentiellement stimuler cette mémoire particulière.
L'équipe s'est appuyée sur ses travaux antérieurs d'ingénierie de prothèses de mémoire. Chez les personnes atteintes d'épilepsie, ils ont montré qu'en réintroduisant des signaux neuronaux codant pour un type de mémoire dans une tâche spécifique, les zaps augmentaient le rappel de plus de 50 %.
L'étude a porté sur une petite cohorte. Mais incroyablement, ceux qui ont souffert de pertes de mémoire antérieures ont montré les meilleures améliorations.
Pour être clair, l'équipe n'a pas développé de caméra vidéo pour la mémoire. Le système imite partiellement le processus normal de l'hippocampe pour l'encodage et le rappel de la mémoire, qui peut être notoirement subjectif et quelque peu peu fiable. Une prothèse de mémoire similaire pourrait ne pas bien fonctionner dans le monde réel, où nous sommes constamment bombardés de nouvelles expériences et souvenirs.
Cela dit, l'étude montre un moyen d'aider les personnes atteintes de démence, d'Alzheimer ou d'autres causes de perte de mémoire à conserver des extraits de leur vie qui pourraient autrement être perdus.
"C'est un aperçu de l'avenir de ce que nous pourrions faire pour restaurer la mémoire", a affirmé Valérie Plante. Le Dr Kim Shapiro de l'Université de Birmingham, qui n'a pas participé à l'étude, à MIT Technology Review.
Comment ça marche?
Tout se résume aux impulsions électriques entourant l'hippocampe et à l'intérieur de celui-ci.
Faisons un zoom avant. L'hippocampe, une structure en forme d'hippocampe, est souvent décrit comme un centre monolithique de souvenirs. Mais - insérer l'analogie alimentaire - plutôt qu'un bloc de fromage uniforme, cela ressemble plus à une trempette au fromage à plusieurs couches, avec des impulsions électriques circulant à travers différentes couches pendant qu'il encode, retient et rappelle les souvenirs.
Pour la prothèse de mémoire, l'équipe s'est concentrée sur deux régions spécifiques : CA1 et CA3, qui forment un circuit neuronal hautement interconnecté. Des décennies de travail sur les rongeurs, les primates et les humains ont montré que cette autoroute neurale était au cœur de l'encodage des souvenirs.
Les membres de l'équipe, dirigée par les Drs. Dong Song de l'Université de Californie du Sud et Robert Hampson de la Wake Forest School of Medicine ne sont pas étrangers aux prothèses de mémoire. Avec le Dr Theodore Berger, "bio-ingénieur de la mémoire", qui a travaillé sur le détournement du circuit CA3-CA1 pour l'amélioration de la mémoire pendant plus de trois décennies, l'équipe de rêve a connu son premier succès chez l'homme en 2015.
L'idée centrale est simple : répliquer les signaux de l'hippocampe avec un remplacement numérique. Ce n'est pas une tâche facile. Contrairement aux circuits informatiques, les circuits neuronaux ne sont pas linéaires. Cela signifie que les signaux sont souvent extrêmement bruyants et se chevauchent dans le temps, ce qui renforce ou inhibe les signaux neuronaux. Comme Berger l'a dit à l'époque : "C'est une boîte noire chaotique."
Pour casser le code de la mémoire, l'équipe a élaboré deux algorithmes. Le premier, appelé modèle de décodage de la mémoire (MDM), prend une moyenne des schémas électriques de plusieurs personnes au fur et à mesure qu'elles forment des souvenirs. L'autre, appelé multi-entrées, multi-sorties (MIMO), est un peu plus sophistiqué, car il intègre à la fois des modèles électriques d'entrée et de sortie, c'est-à-dire le circuit CA3-CA1, et imite ces signaux à la fois dans l'espace et dans le temps. En théorie, renvoyer les deux signaux électriques basés sur MDM et MIMO dans l'hippocampe devrait lui donner un coup de pouce.
Dans une série d'expériences, d'abord chez le rat ainsi que singes, puis dans humains en bonne santé, l'équipe a découvert que leurs prothèses de mémoire pouvaient améliorer la mémoire lorsque les circuits neuronaux étaient temporairement perturbés, par exemple avec des médicaments. Mais contourner les circuits blessés ne suffit pas - ce qu'ils voulaient, c'était une véritable prothèse de mémoire qui pourrait remplacer l'hippocampe s'il est endommagé.
A Whole New World
La nouvelle étude a bénéficié d'une précieuse ressource en neurosciences : les personnes atteintes d'épilepsie qui ont des électrodes implantées dans les régions de leur cerveau liées à la mémoire. Les implants, situés au plus profond du cerveau, aident les neurochirurgiens à retrouver la source des crises d'épilepsie. Parmi les 25 participants sélectionnés, certains ne présentaient aucun symptôme autre que l'épilepsie, tandis que d'autres souffraient de lésions cérébrales légères à modérées.
Voici le test. Les participants ont vu une image sur un écran, puis après un délai, on leur a montré la même image avec jusqu'à sept alternatives différentes. Leur but était de choisir l'image familière. Chaque participant a rapidement parcouru 100 à 150 essais, au cours desquels son activité hippocampique a été enregistrée pour capturer sa mémoire à court terme.
Après au moins 15 minutes, les participants ont vu 3 images et ont été invités à classer la familiarité de chacune. C'est une tâche délicate : l'une était un exemple d'image de l'essai, une autre une alternative qui semblait familière et une jamais vue auparavant. Cela visait à capturer leur mémoire à long terme.
Flash avant. Un jour entre le retrait des électrodes, les participants ont subi une autre série de tests de mémoire similaires aux précédents. Certaines personnes ont reçu une stimulation électrique basée sur leurs propres signaux neuronaux, traités par l'algorithme MDM ou MIMO. D'autres ont été zappés avec des impulsions aléatoires. Le dernier groupe n'a reçu aucune stimulation.
Dans l'ensemble, la stimulation du cerveau des personnes atteintes d'épilepsie a augmenté les performances de la mémoire d'environ 15 %. Ceux pulsés avec MDM - qui utilise les signaux électriques moyennés - ont eu une maigre augmentation de 13.8 %. En revanche, le modèle MIMO, qui imite les signaux neuronaux de chaque hippocampe, a amélioré leurs performances de 36 %.
"Indépendamment de la fonction de mémoire de base (altérée par rapport à normale), le modèle MIMO produit au moins le double de la facilitation par rapport au modèle MDM", a déclaré l'équipe.
Le long chemin à parcourir
Bien que prometteuse, l'étude n'est que la prochaine petite étape vers une prothèse hippocampique. Étant donné que les participants se sont fait retirer leurs électrodes après le deuxième test, nous ne savons pas si - ni combien de temps - les effets ont duré, ou si une stimulation continue est nécessaire.
Bien qu'une prothèse de mémoire puisse bénéficier aux personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer, de nombreux autres détails doivent être affinés. La configuration des électrodes ici est relativement grossière - un microréseau ou un dispositif non invasif serait-il possible ? Si oui, l'appareil doit-il être allumé 24h/7 et XNUMXj/XNUMX ? Après tout, nous ne nous souvenons pas de tous nos souvenirs – il y a une sorte de « purge » synaptique qui se produit pendant le sommeil.
Pour l'instant, la technologie est loin d'être prête pour une utilisation clinique. Mais c'est un aperçu de ce qui pourrait être. À tout le moins, l'étude montre que, semblable à un cerveau contrôlé membre prothétique, une puce mémoire n'est pas impossible pour les personnes qui en ont le plus besoin.
