Les effets sur la mémoire de la diversité des neurones dans la région du cerveau révélés

Les cellules pyramidales de la région CA1 de l’hippocampe, autrefois considérées comme une collection uniforme de neurones, se sont récemment révélées très diverses. Mais le rôle de cette diversité dans les fonctions cognitives n’avait pas été examiné de près jusqu’à présent.

“La plupart des études sur la mémoire supposent que l’hippocampe et le cortex sont comme des boîtes noires – des structures monolithiques, des ensembles homogènes de neurones”, a déclaré le co-auteur principal Antonio Fernandez-Ruiz, professeur adjoint de neurobiologie et de comportement, et chercheur de la famille Nancy et Peter Meinig à les sciences de la vie, au Collège des arts et des sciences (A&S). “Donc, en gros, vous avez deux boîtes noires qui se parlent, mais vous ne connaissez pas exactement les composants de ces deux boîtes.”

“Hippocampo-Cortical Circuits for Selective Memory Encoding, Routing, and Replay” publié le 16 mai dans la revue Neurone. Le co-auteur principal est Azahara Oliva, professeur adjoint de neurobiologie et comportement (A&S).

Ce que Fernandez-Ruiz et son équipe ont découvert, lors de tests sur des rats, c’est que les neurones CA1 codent simultanément les informations liées aux tâches, mais envoient ensuite des impulsions à différentes cibles selon que les neurones sont profondément dans l’hippocampe ou à la surface.

“Nous avons découvert qu’il existe au moins deux manières différentes de communiquer entre ces structures”, a-t-il déclaré. “Et il existe des circuits spécialisés intégrés par différents types de cellules qui codent différents types d’informations et les envoient à différentes parties du cerveau.”

Pour leur étude, en utilisant des rats engagés dans des tâches de mémoire et de sommeil, le laboratoire a examiné un grand nombre de neurones enregistrés simultanément, à l’aide de sondes en silicium à haute densité. Les sondes détectent l’activité de codage des cellules, coordonnée par des oscillations synchrones appelées ondulations à ondes aiguës.

Comme ils l’ont découvert dans des études précédentes, les cellules pyramidales CA1 (du nom de leur forme) différaient dans certaines de leurs propriétés physiologiques en fonction de leur emplacement dans l’hippocampe (profond, moyen ou superficiel). Cette diversité est essentielle au développement de la mémoire, a déclaré Fernandez-Ruiz.

Une découverte clé dans ce travail : alors que les cellules pyramidales CA1 profondes étaient les principaux contributeurs à la dynamique de séquence et d’assemblage, les cellules superficielles ont été spécifiquement recrutées lors de la relecture d’expériences nouvelles et ont entraîné la formation de la mémoire.

“Lorsque vous apprenez quelque chose de nouveau”, a-t-il déclaré, “ces aspects de l’expérience peuvent être séparés et codés par des populations spécialisées de neurones, puis transmis à différentes zones, spécialisées dans le traitement de différents types d’informations. Nous pensons que c’est important parce que cela fournit un système avec plus de flexibilité.”

Les chercheurs ont également caractérisé un circuit jusque-là inconnu impliquant l’hippocampe et le cortex, qui joue un rôle dans la consolidation de la mémoire. Cette meilleure compréhension de la diversité neuronale de l’hippocampe pourrait aider à cibler les zones touchées par la démence, a déclaré Oliva.

“Une maladie comme la maladie d’Alzheimer se caractérise par des altérations de cette communication entre l’hippocampe et le cortex”, a-t-elle déclaré, “mais nous ne savons pas si toutes les structures sont perturbées ou, plus probablement, certains types de neurones spécifiques dans ces structures sont les plus touchée.

“Si vous pouviez déterminer quel aspect de la mémoire est perturbé”, a-t-elle déclaré, “alors vous pourriez peut-être retracer cela jusqu’à la spécialisation de différents types de cellules, et peut-être utiliser de nouvelles thérapies plus ciblées.”

Les co-auteurs incluent Ryan Harvey et Heath Robinson, chercheurs postdoctoraux ; et Can Liu, doctorant dans le domaine de la neurobiologie et du comportement. Tous les auteurs sont membres du Brain Computation and Behavior Lab, codirigé par Fernandez-Ruiz et Oliva.

Le soutien à cette recherche est venu des National Institutes of Health, de la Sloan Foundation, de la Whitehall Foundation et d’une bourse Klingenstein-Simons.