Explorer comment le cerveau humain stocke et préserve les informations

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La recherche sur la manière dont le cerveau humain stocke les informations pourrait conduire à des traitements pour les personnes aux prises avec les tâches quotidiennes.

Le professeur Jan Buitelaar, expert en maladies neurodéveloppementales, est intrigué par un lien possible entre le trouble déficitaire de l'attention avec hyperactivité – ou TDAH – et la mémoire.

Bien que les gènes jouent un rôle important dans le TDAH, Buitelaar pense que la partie du cerveau qui tient des registres, appelée « mémoire de travail », joue également un rôle important. La mémoire de travail conserve une quantité limitée d'informations telles qu'une adresse postale ou un numéro de téléphone pendant une brève période, tout en fournissant une base fondamentale pour les processus mentaux supérieurs comme la prise de décision.

Test de stockage

“Lorsqu'un enseignant explique quelque chose à un élève, l'enfant est censé garder une grande partie de ces informations actives dans son esprit et également les intégrer aux faits et aux connaissances stockées ailleurs dans le cerveau”, a déclaré Buitelaar, qui mène des recherches à l'Université Radboud. Centre médical aux Pays-Bas. “Ces fonctions sont assurées par la mémoire de travail.”

Aujourd’hui, un nouveau projet cherche à jeter un nouvel éclairage sur les liens entre les maladies mentales telles que le TDAH et la mémoire de travail.

Même si le TDAH touche des millions de personnes en Europe, il est loin d’être la seule affection neurologique associée à des déficits de mémoire de travail.

“La mémoire de travail peut être compromise dans de nombreux troubles, de la schizophrénie à la maladie d'Alzheimer et à la maladie de Parkinson, mais aussi dans le vieillissement en bonne santé”, a déclaré le Dr Bernhard Spitzer, neuroscientifique cognitif à l'Institut Max Planck pour le développement humain en Allemagne. “Il est donc très important de mieux le comprendre.”

Spitzer dirige le projet européen, appelé DeepStore, qui durera cinq ans jusqu'en 2026.

Bien que la mémoire de travail ait une capacité très limitée (à tout moment, elle ne peut contenir que quatre à sept informations), elle est essentielle au fonctionnement humain normal et représente ce que Spitzer appelle une « superpuissance ».

Merveille agile

Lorsque la mémoire de travail est insuffisante, les gens perdent la trace de ce qu'ils ont fait quelques instants après l'avoir fait, par exemple en oubliant qu'ils ont mis une serviette dans un sac de sport juste après l'avoir fermé.

“Si vos capacités d'attention sont faibles, vous avez constamment des lacunes dans ce qui entre dans votre mémoire de travail”, a déclaré Buitelaar. “Ces liens sont donc beaucoup plus difficiles à établir.”

L’équipe DeepStore vise à jeter les bases de meilleurs traitements pour les personnes souffrant de problèmes dans ce domaine en élargissant la compréhension de l’endroit et de la manière dont le cerveau stocke ces souvenirs. Jusqu'à récemment, la croyance populaire pensait que le système de mémoire de travail résidait entièrement dans le cortex préfrontal du cerveau. On sait désormais, quoique de manière limitée, que de nombreuses autres parties du cerveau sont également impliquées.

“La façon dont le stockage de la mémoire de travail est distribué dans le cerveau doit encore être expliquée”, a déclaré Spitzer. “Aller au fond de cette énigme nous fera franchir une étape importante vers la compréhension du super pouvoir de la mémoire de travail.”

L'équipe estime que l'importance de la mémoire de travail réside dans son agilité, sa capacité à transformer et à reformater l'information.

“Nous savons maintenant qu'il est hautement adaptatif et dynamique”, a déclaré Spitzer. “Par exemple, si je tiens un stylo, vous pouvez stocker les informations devant vos yeux dans votre mémoire de travail dans une myriade de formats : sous forme d'image photographique, de concept abstrait lié à ce que vous savez être la fonction d'un stylo ou de un objet tenu sous un certain angle. Et votre cerveau sera capable de changer le format en fonction de la tâche pour laquelle l'information est nécessaire.

L'équipe DeepStore utilise le suivi oculaire, des scanners cérébraux fonctionnels et d'autres techniques non invasives pour mesurer l'activité cérébrale et les champs magnétiques chez les personnes.

Dans une étape ultérieure, les chercheurs examineront les données provenant d'électrodes implantées dans le cerveau de primates non humains pour déchiffrer les fondements neuronaux de la mémoire de travail jusqu'au niveau unicellulaire.

“D'ici la fin de nos recherches, nous espérons avoir une meilleure compréhension de la dynamique de la mémoire de travail et de la manière dont elle nous fournit la bonne information au bon moment, quelle que soit la tâche à accomplir”, a déclaré Spitzer.

Savoir et comment

Alors que certaines personnes ont du mal à conserver des informations éphémères, d’autres ont du mal à stocker, préserver et récupérer les données absorbées dans le passé.

La mémoire à long terme fait l'objet d'un autre projet de recherche.

Appelé MemUnited, il durera deux ans et demi jusqu'en mai 2025 et est le fruit d'une collaboration entre l'Université de Gand en Belgique et l'Université de Columbia aux États-Unis.

Les chercheurs visent à élargir les connaissances sur les processus neuronaux partagés par les deux principaux systèmes du cerveau soutenant la mémoire à long terme : les systèmes « déclaratifs » et « procéduraux ».

Les processus de mémoire déclarative permettent le rappel conscient de faits et d'événements passés – la « connaissance de ». Cela couvre à la fois les connaissances générales telles que les concepts scientifiques et les expériences personnelles.

Les processus de mémoire procédurale soutiennent la rétention des compétences, des habitudes et de la « mémoire musculaire ». Il s'agit de la fonction « savoir comment » qui inclut des choses comme faire du vélo ou préparer une tasse de café.

“Les gens utilisent généralement leurs connaissances procédurales pour préparer une tasse de café et sélectionnent automatiquement les actions nécessaires dans le bon ordre”, a déclaré le Dr Nina Dolfen, une psychologue belge qui dirige MemUnited.

Des opportunités qui se chevauchent

Jusqu’à récemment, les experts pensaient que les systèmes de mémoire procédurale et déclarative fonctionnaient indépendamment et impliquaient différentes parties du cerveau.

Mais les scanners du cerveau humain réalisés au cours de la dernière décennie ont montré que certains processus neuronaux sont partagés, les deux systèmes exploitant l'hippocampe, une partie majeure du cerveau associée à la mémoire.

Néanmoins, on sait peu de choses sur ce chevauchement.

“Si ces deux systèmes de mémoire interagissent l'un avec l'autre, il est possible qu'un processus cérébral intact fonctionne comme un échafaudage, favorisant l'apprentissage dans un domaine où il existe un déficit”, a déclaré Dolfen.

Il existe des exemples où un type de mémoire à long terme est entraîné pour compenser l’autre après une lésion cérébrale, par exemple un accident vasculaire cérébral.

Dolfen a cité l'exemple des étapes nécessaires à la préparation d'une tasse de café pour illustrer l'impact possible sur le cerveau des personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral.

“Ils peuvent ne pas se souvenir de l'ordre de ces étapes tout en conservant la capacité d'exécuter les actions individuelles nécessaires pour accomplir la tâche”, a-t-elle déclaré.

Dolfen a proposé d'aider ces personnes en puisant dans leur mémoire déclarative grâce à des repères visuels, chaque étape du processus étant représentée par une image différente.

Parce que la recherche en est encore au stade fondamental plutôt qu’appliqué, l’examen de volontaires sains est le meilleur moyen d’étudier le chevauchement entre les systèmes de mémoire déclarative et procédurale.

Dolfen effectue des tests de mémoire sur 35 jeunes volontaires en bonne santé tout en surveillant leur activité cérébrale à l'aide de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, ou IRMf. En fin de compte, elle espère que les scientifiques utiliseront ses résultats pour tirer parti de la façon dont ces deux types de mémoire à long terme se chevauchent.

“Si nous pouvons trouver des moyens créatifs de redonner aux gens leur indépendance après une blessure, ce serait formidable”, a déclaré Dolfen.

Cet article a été initialement publié dans Horizon le magazine européen de la recherche et de l'innovation.

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