Il n'y a pas que les neurones qui jouent un rôle dans la mémoire !Les neurones ne sont pas les seuls protagonistes de la mémoire ! Des chercheurs américains révèlent que d’autres cellules du cerveau en forme d’étoiles, les astrocytes, sont essentiels au stockage des souvenirs et à leur récupération. Un dialogue s’initie entre neurones et astrocytes, qui travaillent de concert pour encoder nos apprentissages. Cette découverte redéfinit la compréhension du processus de mémorisation.
(Image : Les astrocytes assurent des fonctions cruciales pour l’activité neuronale : ils leur fournissent notamment les nutriments nécessaires et régulent leur environnement chimique.)
Se souvenir d’une balade en montagne, ou d’un repas en famille. Chaque expérience est encodée par un circuit neuronal unique qui se réactive quand on se remémore le souvenir. Mais en réalité, les neurones ne sont pas les seules pièces du puzzle. D’autres cellules du cerveau participent à l’activation de ces patterns : les astrocytes. Des chercheurs du Baylor College of Medicine (Texas, Etats-Unis) viennent de révéler une nouvelle fonction de ces cellules dans l’apprentissage.
"Nous avons découvert que les astrocytes jouent un rôle à la fois dans l'encodage et le rappel de la mémoire", synthétise Michael Williamson, auteur de l'étude, lors d’une interview pour Sciences et Avenir. Leurs résultats ont été publiés dans la prestigieuse revue Nature.
La mémorisation passe par trois étapes clés
Pour se souvenir d’une leçon par exemple, le cerveau fonctionne en trois phases. D’abord, l’encodage permet de traiter l’information en profondeur. Durant cette étape, le cerveau capte et organise l’information pour qu’elle soit compréhensible, ce qui nécessite une attention soutenue. Ensuite, lors de la consolidation, l’hippocampe, une structure cérébrale, transforme l'évènement en un souvenir durable. Diverses activités répétées, telles que les quiz, permettent de favoriser l'ancrage du souvenir : la mémoire doit être mise à l’épreuve. Enfin, la dernière phase, celle de la récupération, consiste à rappeler activement les connaissances. Plus les rappels sont réguliers, plus ils favorisent la mémoire à long terme.
Ces processus de mémorisation laissent des traces physiques et chimiques dans le cerveau. On parle d’engramme. "Il s’agit de la manifestation physique de la mémoire, simplifie le chercheur. Cette idée est développée par Richard Semon au 20ème siècle, et des preuves solides de son existence ont été révélées durant ces 15 dernières années." Jusqu’à présent, on pensait que les neurones étaient les seules cellules à produire ces marques du souvenir. Mais l’étude de Michael Williamson révèle que les astrocytes sont aussi une composante active de l’engramme.
Qu’est-ce qu’un astrocyte ?
Mais en parlant d’astrocytes, de quoi s’agit-il exactement ? Ces cellules en forme d’étoiles peuplent le cerveau, et côtoient donc les neurones et d’autres cellules dites " gliales ", comme les astrocytes, dont le rôle est notamment de soutenir les neurones. Les astrocytes assurent ainsi des fonctions cruciales pour l’activité neuronale : ils leur fournissent les nutriments nécessaires et régulent leur environnement chimique. D’après les résultats des chercheurs du Baylor College of Medicine, les astrocytes joueraient même le rôle de médiateur dans le stockage et la récupération de souvenirs. Ils pourraient influencer les circuits neuronaux qui encodent et rappellent nos expériences.
Mais comment ? Chaque évènement active un groupe spécifique d’astrocytes, "environ 3% de tous les astrocytes de l’hippocampe, une structure cérébrale essentielle dans la mémoire", précise Michael Williamson. "Nous pensons que chaque souvenir est représenté par un ensemble distinct d'astrocytes qui régulent collectivement la consolidation et le rappel de ce souvenir particulier." Un astrocyte donné serait donc responsable du stockage de plusieurs souvenirs, chaque souvenir étant réparti sur un ensemble unique d'astrocytes (et de neurones).
Les astrocytes réactivent le souvenir de peur
Pour étudier le rôle des astrocytes dans la mémoire, les chercheurs ont mis en place un protocole expérimental sur des souris, qu’ils ont soumises à un conditionnement à la peur. Celles-ci ont été exposées à un environnement particulier dans lequel elles ont appris à associer un stimulus à un événement effrayant. Dans ce contexte de peur, les souris réagissent en se figeant, ce qui a permis aux chercheurs d'identifier clairement quand elles se souvenaient de l'événement traumatique.
Ensuite, les chercheurs ont utilisé des systèmes génétiques complexes pour identifier et manipuler les ensembles d’astrocytes associés à l'apprentissage de la peur. Pour cela, ils se sont basés sur le gène c-Fos. Ce gène est exprimé en réponse à des apprentissages, dans des groupes d’astrocytes propres à chaque évènement. Grâce à un outil (appelé DREADD), l’équipe de Michael Williamson a réussi à réactiver spécifiquement le groupe d’astrocytes associés à l’apprentissage de la peur. "L'ensemble des astrocytes activés pendant l'apprentissage est capable de réactiver les neurones, activant ainsi les circuits associés à la mémoire", précise Michael Williamson.
Ainsi, les chercheurs ont pu tester l’impact de l'activation des astrocytes sur le comportement des souris dans différents contextes. Résultat : la réactivation simple des astrocytes a ravivé le souvenir de peur chez les souris, qui se sont figées instantanément, sans stimulus. Les astrocytes ne se contentent donc pas de soutenir les neurones, mais interagissent physiquement et fonctionnellement avec eux pour former et réactiver des souvenirs. Ils participent directement à la communication synaptique dans les circuits de la mémoire et sont capables d’activer ou de réactiver ces circuits de manière ciblée.
Une avancée dans la recherche sur la maladie d’Alzheimer
A cette première conclusion, les chercheurs révèlent un second résultat fascinant. Un autre gène, nommé NFIA, est très exprimé dans les astrocytes activés lors d’un apprentissage. Ce qui donne lieu à un taux élevé de la protéine du même nom. Plus étonnant encore : inhiber l’expression du gène NFIA efface complètement le souvenir. En effet, sans la protéine associée à ce gène, les souris n’ont pas réagi au stimulus : elles ne se souvenaient pas de l'événement traumatique.
Ces découvertes lèvent le voile sur de nouveaux mécanismes du processus complexe de la mémoire. Elles ouvrent de nouvelles perspectives pour mieux comprendre la maladie d’Alzheimer par exemple, qui entraîne une perte de mémoire, ou le syndrome de stress post-traumatique, qui conduit à un rappel inapproprié des souvenirs. "Nos résultats indiquent que les astrocytes jouent un rôle essentiel dans ces maladies complexes, conclut l’auteur. Le ciblage des astrocytes pourrait donc être une voie thérapeutique utile."
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Info: Marie Parra, 6 novembre 2024
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