Je pense que l'esprit humain, ou même l'esprit d'un chat, est plus intéressant dans sa complexité qu'une galaxie entière si elle est dépourvue de vie.

La neuro-imagerie actuelle c'est comme demander à un astronaute dans la navette spatiale de regarder par le hublot et de juger comment l'Amérique se porte.

Moi, je pense avec mes pieds, c’est là seulement que je rencontre quelque chose de dur ; parfois, je pense avec les peauciers du front, quand je me cogne. J’ai vu assez d’électro-encéphalogrammes pour savoir qu’il n’y a pas ombre d’une pensée.

L'une des approches les plus influentes de la réflexion sur la mémoire ces dernières années, connue sous le nom de connexionnisme, a abandonné l'idée qu'un souvenir est une image activée d'un événement passé. Les modèles connexionnistes ou de réseaux neuronaux reposent sur le principe selon lequel le cerveau stocke des engrammes en augmentant la force des connexions entre les différents neurones qui participent à l'encodage d'une expérience. Lorsque nous encodons une expérience, les connexions entre les neurones actifs deviennent plus fortes, et ce modèle spécifique d'activité cérébrale constitue l'engramme. Plus tard, lorsque nous essaierons de nous souvenir de l'expérience, un indice de récupération induira un autre modèle d'activité dans le cerveau. Si ce schéma est suffisamment similaire à un schéma précédemment encodé, le souvenir se produira. Dans un modèle de réseau neuronal, la " mémoire " n'est pas simplement un engramme activé. Il s'agit d'un modèle unique qui émerge des contributions combinées de l'indice et de l'engramme. Un réseau neuronal combine les informations de l'environnement actuel avec des modèles qui ont été stockés dans le passé, et le mélange des deux qui en résulte est ce dont le réseau se souvient... Lorsque nous nous souvenons, nous complétons un modèle avec la meilleure correspondance disponible dans la mémoire ; nous ne braquons pas un projecteur sur une image stockée.

Un effort important est en cours pour comprendre le fondement moléculaire de ces périodes " critiques " ou " sensibles ", pour comprendre comment le cerveau change à mesure que certaines capacités d'apprentissage vont et viennent. Chez certains, sinon tous, des mammifères qui ont des rayures alternées dans le cortex visuel appelées colonnes de dominance oculaire, ces colonnes peuvent s'ajuster tôt au cours du développement, mais pas à l'âge adulte. Un singe juvénile qui a l'oeil couvert durant une période prolongée peut graduellement réajuster son câblage cérébral pour favoriser ce même oeil ouvert; un singe adulte ne peut pas ajuster son câblage. À la fin d'une période critique, un ensemble d'hybrides sucres-protéines collants, appelés protéoglycanes, se condense en un réseau serré autour des dendrites et des corps cellulaires de certains neurones pertinents et, ce faisant, ces protéoglycanes semblent entraver les axones qui, autrement, s'agiteraient dans le processus de réajustement des colonnes de dominance oculaire. Dans une étude menée en 2002 sur des rats, le neuroscientifique italien Tommaso Pizzorusso et ses collègues ont dissous l'excès de protéoglycanes avec une enzyme antiprotéoglycanes nommée " chABC ", ce qui a permis de rouvrir cette période critique.  Après le traitement au chABC, même les rats adultes purent recalibrer leur colonne de dominance oculaire. Le chABC ne nous aidera probablement pas à apprendre des nouvelles langues de sitôt, mais sa fonction antiprotéoglycane pourrait avoir d'importantes répercussions médicales dans un avenir relativement proche. Une autre étude réalisée en 2002, également sur des rats, a montré que le chABC peut également favoriser le rétablissement fonctionnel après une lésion de la moelle épinière.

La potentialisation à long terme (PLT - ou LTP, Long-Term Potentiation) est un processus qui se produit dans le cerveau et qui est associé au renforcement des connexions entre les neurones, qui sont les cellules responsables de la transmission des informations dans le cerveau. La PLT est considérée comme l'un des mécanismes fondamentaux de l'apprentissage et de la formation de la mémoire. 

Elle se produit selon ce processus.

1 Les neurones du cerveau communiquent entre eux par l'intermédiaire de connexions spécialisées appelées synapses. Ces synapses sont constituées d'un neurone présynaptique (neurone émetteur) et d'un neurone postsynaptique (neurone récepteur).

2 Lorsque ces neurones s'activent ensemble de manière répétée et cohérente, ils déclenchent un processus de plasticité synaptique, en particulier le PLT. Cela se produit généralement lors d'une stimulation à haute fréquence du neurone présynaptique.

3 Au cours de la PLT, certains changements se produisent au niveau de la synapse. L'un des principaux changements est l'augmentation de la force de la connexion synaptique. Cela signifie que le neurone postsynaptique devient plus sensible aux signaux du neurone présynaptique.

4 On pense que l'augmentation de la force de la synapse est due à différents mécanismes, notamment une augmentation de la libération de neurotransmetteurs (messagers chimiques) par le neurone présynaptique et des changements dans la réactivité des récepteurs sur le neurone postsynaptique.

5 Ces changements entraînent une transmission plus efficace des signaux entre les neurones, ce qui facilite la communication entre eux. Cette communication améliorée entre les neurones serait à la base de l'apprentissage et de la formation de nouveaux souvenirs.

Il doit être noté que le processus de PLT est complexe et qu'il implique divers événements moléculaires et cellulaires qui contribuent au renforcement des connexions entre les neurones, crucial pour apprendre et se souvenir.

Nos souvenirs sont stockés en trois exemplaires, révèlent des chercheurs de l’Université de Bâle

Des chercheurs de l’Université de Bâle ont montré que trois groupes de neurones différents enregistrent en parallèle un même évènement. Une manière pour le cerveau d’intégrer de nouvelles expériences ou informations pour le futur 

Les souvenirs sont enregistrés en trois exemplaires dans le cerveau. Comme le rapportent des scientifiques de l’Université de Bâle jeudi dans la revue Science, trois copies d’un événement sont à chaque fois créées. Dans cette étude menée sur des souris, les scientifiques ont montré que trois groupes de neurones différents enregistrent un événement en parallèle. Les trois variantes présentent des dynamiques différentes, a indiqué jeudi l’alma mater bâloise dans un communiqué.

Au départ, une des copies est si faible que le cerveau ne peut pas y faire appel. Mais avec le temps, les souvenirs qui y sont stockés deviennent de plus en plus forts. A l’inverse, un autre groupe de neurones stocke l’événement dans une copie très forte au début, mais qui s’affaiblit progressivement. Avec le temps, le cerveau ne peut plus faire appel à cette copie. Pour un troisième groupe de neurones, la copie créée reste stable.

Pouvoir prendre de bonnes décisions

Ces copies de souvenirs se distinguent par leur malléabilité: alors que la copie qui s’estompe avec le temps peut être réécrite, celle qui devient plus forte n’est guère modifiable. Cela permet au cerveau d’une part d’intégrer de nouvelles expériences ou informations à un souvenir précis afin de pouvoir prendre de bonnes décisions, de l’autre de conserver une copie forte de l’évènement originel. " La façon dynamique dont les souvenirs sont stockés dans le cerveau est une fois de plus une preuve de la plasticité du cerveau et de son énorme capacité de mémoire ", commente Vilde Kveim, première auteure de l’étude, citée dans le communiqué.

Comment le cerveau détecte des modèles à notre insu

Les neurones de certaines zones du cerveau intègrent les informations " quoi " et " quand " pour discerner l'ordre caché des événements qui se produisent en temps réel.

Cette capacité du cerveau humain à détecter des motifs complexes sans pensée est nommée " apprentissage implicite ".

L'étude principale

Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont mené une expérience utilisant des séquences de sons pour étudier comment le cerveau apprend et prédit des motifs. Les participants devaient appuyer sur un bouton lorsqu'ils entendaient un son cible, sans savoir que certains fils suivaient des séquences spécifiques.

Résultats clés

- Les participants ont réagi plus rapidement aux sons cibles lorsqu'ils faisaient partie de séquences répétitives, même s'ils n'étaient pas conscients de ces motifs.

- L'imagerie cérébrale a révélé une activité accumulée dans les régions auditives et motrices du cerveau en réponse aux séquences prévisibles.

Conséquences

Cette recherche démontre que notre cerveau est capable d'apprendre et de prédire des motifs complexes sans que nous en soyons conscients. Cette capacité pourrait jouer un rôle crucial dans divers aspects de notre vie quotidienne, de l'apprentissage du langage à la navigation dans des environnements sociaux complexes.

Perspectives d'avenir

Les chercheurs espèrent que cette étude ouvrira la voie à une meilleure compréhension des troubles neurologiques et psychiatriques, ainsi qu'à de nouvelles approches en matière d'éducation et d'apprentissage.

Des chercheurs identifient l’origine des voix qu’entendent les personnes schizophrènes

Dans le cadre d’une étude récente menée en Chine, des chercheurs ont avancé dans la compréhension des hallucinations auditives chez les individus schizophrènes. Cela a été possible grâce à un examen qui a permis de mesurer et d’enregistrer l’activité électrique du cerveau : l’électroencéphalogramme.

Comprendre l’origine des hallucinations auditives

Qualifiée de pathologie psychiatrique chronique complexe, la schizophrénie fait parfois parler d’elle dans la presse scientifique. En 2017, par exemple, une expérience de réalité virtuelle en Belgique avait permis de plonger dans le quotidien d’une personne schizophrène. Se manifestant principalement par une importante perte de contact avec la réalité qui peut prendre plusieurs formes, ce trouble psychotique affecterait près de 0,72 % de la population à un moment donné de la vie.

Une équipe de la NYU Shanghai (Chine) a publié une étude sur le sujet dans la revue Plos Biology le 3 octobre 2024. Les chercheurs ont en effet expliqué avoir réussi à comprendre l’origine des hallucinations auditives de certaines personnes schizophrènes. Rappelons en effet que les individus impactés entendent des voix provenant de leurs propres pensées qu’ils ne parviennent pas à distinguer des sons extérieurs. Autrement dit, ils ont l’impression qu’une personne invisible communique avec eux.

Ici, les scientifiques chinois ont élaboré une cartographie des ondes cérébrales de ces patients en utilisant des moniteurs d’électroencéphalogramme. Cela leur a ainsi permis de détecter les activités anormales dans leur cerveau.

L’espoir de découvrir un traitement

L’étude a intégré une quarantaine de patients, dont vingt qui ont déjà eu des hallucinations auditives et vingt qui n’en ont jamais subi. Selon les scientifiques, des dysfonctionnements au niveau des signaux de décharge corollaire* sont la cause de ces hallucinations. C’est ce qui fait que les patients continuent de percevoir leurs pensées de cette façon. Par ailleurs, les scientifiques ont également identifié une activation imprécise de la copie d’efférence* qui contribue à renforcer la perception des sons provenant des pensées. Les personnes schizophrènes éprouvent donc des difficultés à distinguer la réalité de leur imagination en raison de la présence de problèmes de connexion entre leurs systèmes moteur et auditif. En bout de chaîne, ces individus sont donc incapables de différencier leurs propres pensées du monde extérieur.

Les responsables des travaux espèrent utiliser les données de l’étude pour affiner les recherches de traitements contre la schizophrénie. Ces recherches pourraient finalement permettre d’améliorer les thérapies actuelles ou de développer de nouvelles techniques pour accélérer le rétablissement des personnes schizophrènes.

Selon une publication de l’Organisation mondiale de la santé (OMS) datant de 2022, environ 24 millions de personnes sont schizophrènes dans le monde, soit une sur 300. La recherche de traitement et l’amélioration des thérapies existantes relèvent donc clairement de la santé publique.

On sait enfin pourquoi le cerveau consomme autant d'énergie

La faute a des petites pompes "cachées". 

Les scientifiques le savent: le cerveau humain est une véritable machine insatiable en énergie. Au total, il en engloutit jusqu'à 10 fois plus que le reste du corps. Et même lorsque nous nous reposons, 20% de notre consommation de carburant est directement utilisé pour son fonctionnement. Un phénomène inexpliqué sur lequel nombre de scientifiques se sont cassés les dents. Jusqu'à aujourd'hui.

Publiée dans la revue Science Advances, une nouvelle étude explique l'origine du processus. Un processus qui se déroule dans ce que l'on appelle les vésicules synaptiques.

Entre deux neurones se trouve une synapse, zone qui assure la transmission des informations entre ces deux cellules nerveuses. Quand un signal est envoyé d'un neurone à un autre, un groupe de vésicules aspire les neurotransmetteurs à l'intérieur du premier neurone, au bout de sa queue. Le message est ainsi bien enveloppé, comme une lettre prête à être postée.

L'information est ensuite amenée jusqu'au bord du neurone, où elles fusionne avec la membrane, avant de relâcher les neurotransmetteurs dans la fameuse synapse. Dans cette zone, les neurotransmetteurs finissent leur course en entrant en contact avec les récepteurs du deuxième neurone. Et hop! Le message est passé.

Facile direz-vous. Certes, mais tout ceci nécessite beaucoup d'énergie cérébrale, ont découvert les scientifiques. Et ce, que le cerveau soit pleinement actif ou non.

En effectuant plusieurs expériences sur les terminaisons nerveuses, les membres de l'étude ont observé le comportement de la synapse lorsqu'elle est active ou non. Résultat: même quand les terminaisons nerveuses ne sont pas stimulées, les vésicules synaptiques, elles, ont toujours besoin de carburant. La faute à une sorte de petite pompe "cachée" qui est notamment en charge de pousser les protons hors de la vésicule. Chargée de pousser les protons hors de la vésicule et d'aspirer ainsi les neurotransmetteurs elle ne semble jamais se reposer et a donc besoin d'un flux constant d'énergie. En fait, cette pompe "cachée" est responsable de la moitié de la consommation métabolique de la synapse au repos.

Selon les chercheurs, cela s'explique par le fait que cette pompe a tendance à avoir des fuites. Ainsi, les vésicules synaptiques déversent constamment des protons via leurs pompes, même si elles sont déjà pleines de neurotransmetteurs et si le neurone est inactif.

Étant donné le grand nombre de synapses dans le cerveau humain et la présence de centaines de vésicules synaptiques à chacune de ces terminaisons nerveuses, ce coût métabolique caché, qui consiste à conserver les synapses dans un état de "disponibilité", se fait au prix d'une importante dépense d'énergie présynaptique et de carburant, ce qui contribue probablement de manière significative aux exigences métaboliques du cerveau et à sa vulnérabilité métabolique", concluent les auteurs.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer comment les différents types de neurones peuvent être affectés par des charges métaboliques aussi élevées, car ils ne réagissent pas tous de la même manière.

Certains neurones du cerveau, par exemple, peuvent être plus vulnérables à la perte d'énergie, et comprendre pourquoi pourrait nous permettre de préserver ces messagers, même lorsqu'ils sont privés d'oxygène ou de sucre.

"Ces résultats nous aident à mieux comprendre pourquoi le cerveau humain est si vulnérable à l'interruption ou à l'affaiblissement de son approvisionnement en carburant", explique le biochimiste Timothy Ryan, de la clinique Weill Cornell Medicine à New York.

"Si nous avions un moyen de diminuer en toute sécurité cette fuite d'énergie et donc de ralentir le métabolisme cérébral, cela pourrait avoir un impact clinique très important."