Une étude fournit de nouvelles informations sur la façon dont nos souvenirs sont stockés

“Pendant des décennies, les chercheurs se sont interrogés sur la nature des représentations neurales qui soutiennent notre mémoire de travail”, explique Clayton Curtis, professeur de psychologie et de sciences neurales à l’Université de New York et auteur principal de l’article, paru dans la revue Neurone. “Dans cette étude, nous avons utilisé des techniques expérimentales et analytiques pour révéler le format des représentations de la mémoire de travail dans le cerveau.”

La capacité de stocker des informations pendant de brèves périodes de temps, ou “mémoire de travail”, est un élément constitutif de la plupart de nos processus cognitifs supérieurs, et son dysfonctionnement est au cœur d’une variété de symptômes psychiatriques et neurologiques, y compris la schizophrénie.

Malgré son importance, nous savons encore très peu de choses sur la façon dont le cerveau stocke les représentations de la mémoire de travail.

“Bien que nous puissions prédire le contenu de votre mémoire de travail à partir des modèles d’activité cérébrale, ce que ces modèles codent exactement est resté impénétrable”, déclare Curtis.

Curtis et la co-auteure Yuna Kwak, doctorante à la NYU, ont émis l’hypothèse que notre cerveau non seulement élimine les fonctionnalités sans rapport avec la tâche, mais aussi recoder fonctionnalités pertinentes pour les tâches dans des formats de mémoire qui sont à la fois efficaces et distincts des entrées perceptives elles-mêmes.

On sait depuis des décennies que nous recodons les informations visuelles sur les lettres et les chiffres en codes phonologiques ou sonores utilisés pour verbal mémoire de travail. Par exemple, lorsque vous voyez une chaîne de chiffres d’un numéro de téléphone, vous ne stockez pas cette information visuelle tant que vous n’avez pas fini de composer le numéro. Vous stockez plutôt le des sons des chiffres (par exemple, à quoi ressemble le numéro de téléphone « 867-5309 » lorsque vous le prononcez dans votre tête). Cependant, cela indique seulement que nous recodons – cela ne traite pas de la façon dont le cerveau formate les représentations de la mémoire de travail, ce qui était au centre du nouveau Neurone étude.

Pour explorer cela, les expérimentateurs ont mesuré l’activité cérébrale avec l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (fMRI) pendant que les participants effectuaient des tâches visuelles de mémoire de travail. À chaque essai, les participants devaient se souvenir, pendant quelques secondes, d’un stimulus visuel brièvement présenté, puis porter un jugement basé sur la mémoire. Dans certains essais, le stimulus visuel était un réseau incliné et dans d’autres, c’était un nuage de points mobiles. Après le délai de mémoire, les participants devaient indiquer précisément l’angle exact d’inclinaison du réseau ou l’angle exact du mouvement du nuage de points.

Malgré les différents types de stimulation visuelle (mouvement de réseau ou de point), ils ont découvert que les schémas d’activité neuronale dans le cortex visuel et le cortex pariétal – une partie du cerveau utilisée dans le traitement et le stockage de la mémoire – étaient interchangeables pendant la mémoire. En d’autres termes, le modèle formé pour prédire la direction du mouvement pourrait également prédire l’orientation du réseau – et vice versa.

Cette découverte a soulevé la question : pourquoi ces représentations de la mémoire étaient-elles interchangeables ?

“Nous avons estimé que seules les caractéristiques pertinentes pour la tâche des stimuli testés étaient extraites et recodées dans un format de mémoire partagée, prenant peut-être la forme d’une forme abstraite en forme de ligne inclinée pour correspondre à l’orientation du réseau ou à la direction de mouvement de points », explique Curtis.

Pour tester cette hypothèse selon laquelle les souvenirs des participants étaient enregistrés dans un modèle semblable à une ligne – semblable à imaginer une ligne sous un certain angle – ils se sont tournés vers une nouvelle façon de visualiser les modèles d’activité cérébrale.

À l’aide de modèles du champ récepteur de chaque population corticale, les chercheurs ont projeté les schémas de mémoire codés dans les schémas d’activité corticale sur une représentation bidimensionnelle de l’espace visuel. Cette approche a créé une représentation de l’activité corticale dans l’espace du moniteur que les participants ont visualisé. Cette méthode a permis aux scientifiques de visualiser en coordonnées d’écran le schéma de l’activité corticale des sujets, révélant une représentation en forme de ligne pour les stimuli de mouvement et de réseau.

“Nous pouvions voir des lignes d’activité sur les cartes topographiques à des angles correspondant à la direction du mouvement et au réseau”, explique Curtis.

Cette nouvelle technique de visualisation offrait l’opportunité de “voir” réellement comment les représentations de la mémoire de travail étaient encodées dans une population neuronale.

Plus précisément, une seule ligne (comme un pointeur ou une flèche) a été utilisée pour représenter le direction de mouvement (par exemple, vers le haut et vers la gauche) et la orientation d’une grille inclinée (par exemple, vers le haut et vers la gauche). La tâche exigeait que les sujets se souviennent non pas de tous les points en mouvement, mais plutôt d’un résumé de la direction du mouvement des points. De plus, il nécessitait de la mémoire pour le angle du réseau, et non tous les autres détails visuels du réseau, tels que la fréquence spatiale et le contraste. Par conséquent, la méthode a pu séparer la manière dont nous stockons de manière sélective les informations pertinentes tout en supprimant le contenu non pertinent.

“Notre mémoire visuelle est flexible et peut être une abstraction de ce que nous voyons, motivée par les comportements qu’elle guide”, conclut Curtis.

La recherche a été soutenue par des subventions des National Institutes of Health du National Eye Institute (NEI) (R01 EY-016407, R01 EY-027925).