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Dans 10 ou 30 secondes ? Un réseau neuronal impliqué dans la mémoire temporelle  

 

L’appariement temporel d’événements conditionne leur lien mnésique, ce qui permet d’agir en conséquence au bon moment. L’équipe de Valérie Doyère à l’Institut des neurosciences de Paris-Saclay, en collaboration avec des chercheurs de la New York University (USA), révèle l’implication d’un réseau neuronal dans la mise en place d’une plasticité synaptique sous-tendant la mémoire de l’intervalle et l’adaptation de l’attente qui en résulte. Cette étude a été publiée le 9 janvier 2017 dans la revue Nature Communications.


Le temps ou l’intervalle entre deux événements est un élément crucial dans notre vie de tous les jours, même si nous n’en sommes pas conscients. Nous le mémorisons en général très rapidement, en particulier s’il implique un événement aversif ou dangereux. Un exemple facile que nous connaissons tous est l’estimation temporelle que nous faisons lorsqu’un éclair apparaît dans le ciel et que nous attendons le coup de tonnerre qui va suivre. De même, dans des situations plus dramatiques, une estimation temporelle est mémorisée en temps de guerre entre la perception de la sirène d’alerte et celle du bruit de moteur des avions à l’attaque. Même s’ils sont stressants ou douloureux, la prédictibilité de tels événements donne la possibilité de mettre en place des comportements adaptés pour en minimiser l’impact négatif ou même les éviter. Le moment attendu de leur arrivée est un élément crucial de cette prédictibilité, car il permet d’agir au bon moment, et non trop tard ou trop tôt. Cet intervalle de temps entre un signal annonciateur et l’événement négatif doit donc être mémorisé pour qu’à l’occasion suivante, on puisse juger du temps en cours et mettre en œuvre le comportement adapté au moment approprié. En fait, l’appariement temporel d’événements conditionne leur lien mnésique et la mémoire permet de suivre le temps qui passe et prédire les événements futurs. Les mécanismes cérébraux qui sous-tendent cette mémoire de la durée ou de l’intervalle et les processus d’attente temporelle restent peu connus et la majorité des études chez l’Homme ne donne pas accès à une analyse à haute résolution temporelle de réseaux neuronaux profonds.
Dans cette étude, les chercheurs se sont intéressés au rôle du réseau neuronal que forment le striatum dorsomédian, structure connue pour son implication dans le jugement temporel, et l’amygdale basolatérale, structure essentielle dans le traitement de l’aspect émotionnel des événements. Ils ont utilisé un protocole de conditionnement Pavlovien aversif chez le rat, dans lequel un son prédit l’arrivée d’un léger choc électrique sur les pattes 30 secondes après le début du son, de telle sorte qu’il se forme un comportement d’attente maximal du choc vers les 30 secondes.
Au travers de l’analyse de la synchronisation des oscillations d’activité neuronale, un changement dynamique au sein de ce réseau a été mis en évidence, avec une synchronisation maximale à l’approche du moment d’arrivée du choc, similaire au comportement d’anticipation. De plus, l’utilisation d’outils pharmacologiques locaux, d’électrophysiologie in vivo et d’imagerie cellulaire a permis de révéler la mise en jeu d’une plasticité synaptique au sein du striatum dorsomédian qui accompagne l’adaptation de l’anticipation à une nouvelle durée (changement de l’intervalle à 10 secondes, au lieu de 30 secondes), sous contrôle de la détection du changement par l’amygdale basolatérale. L’analyse fine des données a mis en évidence l’implication différentielle de ce réseau dans l’adaptation à la nouvelle durée et l’élimination de la durée initiale.

Cette étude, réalisée en collaboration avec des chercheurs de la New York University (NYU, New York, USA), dans le cadre du Laboratoire International Associé ‘EmoTime’ et du Partner University Fund ‘Emotion & Time’, apporte la première démonstration de l’importance de l’interaction entre structures au sein d’un réseau dans le contrôle d’une plasticité synaptique associée à l’adaptation à de nouvelles contraintes temporelles, en particulier en freinant l’élimination des acquis temporels. Le paramètre ‘temps’ étant à la clef de tout apprentissage associatif, cette étude enrichit notre compréhension des mécanismes sous-tendant l’apprentissage et les capacités de flexibilité comportementale lors de changements de l’environnement, capacités sans cesse mises en jeu dans la vie de tous les jours.

 

Figure : Illustration du modèle d’interaction entre l’amygdale et le striatum pour l’adaptation du comportement à de nouvelles règles temporelles d’arrivée d’un stimulus aversif. L’attente d’un stimulus aversif s’accompagne d’une augmentation de la synchronisation des oscillations d’activités neuronales entre le striatum et l’amygdale qui est maximale au moment attendu de son arrivée (30s ou 10s, couleur rouge dans les graphes 3D). L’amygdale contrôle la plasticité synaptique cortico-striatale (représentée par des signes + dans les boutons synaptiques) lors d’un changement du moment d’arrivée d’un stimulus aversif, révélant l’interaction entre ces deux structures dans le processus d’adaptation du comportement à un nouvel intervalle (schéma d’une coupe de cerveau de rat).

© Glenn Dallérac.

 

 

En savoir plus

Contact chercheur

  • Valérie Doyère
    Institut des Neurosciences Paris-Saclay (Neuro-PSI)
    CNRS UMR 9197, Université Paris-Sud, Université Paris Saclay
    Bâtiment 446
    Université Paris-Sud
    Rue Claude Bernard
    91405 Orsay Cedex

    01 69 15 49 87

 

Mise en ligne le 13 janvier 2017
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