Une nouvelle approche mathématique donne un aperçu de la formation de la mémoire
Précession de phase dans l'hippocampe du rongeur. En haut : cinq neurones (N1 à N5) avec des champs de lieux actifs lors de la navigation de gauche à droite sur une piste linéaire. Au milieu : pendant que le rongeur parcourt le champ de lieu de la cellule N3 (bleu), la phase de ses pointes avance systématiquement par rapport au rythme θ de la population (en signe opposé au potentiel de champ local, par rapport auquel la phase est définie), en commençant proche de π au début du champ de lieu, avançant vers zéro au centre du champ de lieu et se terminant près de −π à la fin du champ de lieu. En bas : une représentation à valeurs complexes du motif formé par la précession de phase de plusieurs neurones N1 à N5 avec des centres de champs de place espacés sur la piste, créant une séquence compressée de temps de pointe dans chaque cycle θ individuel. Crédit: Examen physique E (2023). DOI : 10.1103/PhysRevE.108.054404
La simple activité de marcher dans une pièce relance les neurones du cerveau humain. Une explosion d'événements électrochimiques ou « pointes neuronales » apparaît à différents moments de l'action. Ces pics d’activité, également appelés potentiels d’action, sont des impulsions électriques qui se produisent lorsque les neurones communiquent entre eux.
Les chercheurs pensent depuis longtemps que les pics de fréquence sont liés au comportement et à la mémoire. Lorsqu'un animal se déplace dans un couloir, des pointes neuronales se produisent dans l'hippocampe, une zone du cerveau impliquée dans la formation de la mémoire, d'une manière qui ressemble à une carte GPS. Cependant, le moment auquel ces pics se produisent et leur lien avec les événements en temps réel étaient considérés comme aléatoires jusqu'à ce que l'on découvre que ces pics se produisent selon un schéma spécifique et précis.
En développant une nouvelle approche pour étudier ce phénomène, les neuroscientifiques de l’Université Western sont désormais en mesure d’analyser le timing des pics neuronaux. Leurs recherches ont révélé que le timing des pics peut être tout aussi important que le taux de pics pour le comportement et la mémoire.
“De plus en plus de preuves expérimentales s'accumulent sur l'importance des temps de pointe dans les systèmes sensoriels, moteurs et cognitifs”, a déclaré Lyle Muller, auteur principal de l'article et professeur adjoint à la Faculté des sciences.
“Pourtant, les calculs exacts effectués à travers les temps de pointe restent flous. Une des raisons à cela peut être qu'il n'existe pas de langage mathématique clair pour parler des modèles de temps de pointe dans les neurones – ce que nous avons décidé de développer. ”
Publié récemment dans la revue Examen physique El'article présente une nouvelle technique mathématique pour étudier les codes neuronaux qui se produisent pendant les séquences de pointes de temps.
“Les neurones se déclenchent à des moments très précis par rapport à une” horloge interne “et nous voulions savoir pourquoi”, a déclaré Alex Busch, co-premier auteur de l'article et chercheur Western BrainsCAN. “Si les neurones suivent déjà la position de l'animal grâce à des taux de pointe, pourquoi avons-nous besoin d'heures spécifiques en plus ? Quelles informations supplémentaires cela fournit-il ?”
Busch, ainsi que le co-premier auteur Federico Pasini, professeur adjoint au département de mathématiques du Huron College, ont identifié les temps de pointe à partir de données expérimentales connues. En étudiant les modèles sous forme de code, les chercheurs ont pu transférer les temps de pointe dans une équation mathématique.
“C'est la première fois que nous sommes en mesure de nous demander quel calcul pourrait être effectué avec ces temps de pointe. Ce que nous avons découvert, c'est qu'il ne s'agit pas seulement de la localisation actuelle ; le modèle de temps de pointe crée en fait un lien entre le passé récent et les prévisions futures. codé dans le timing des pointes lui-même », a déclaré Busch, titulaire d'un doctorat. étudiant au département de mathématiques travaille actuellement à créer de nouvelles approches mathématiques pour analyser et comprendre les temps de pointe. “Ce sont les types de modèles qui peuvent être importants pour l'apprentissage et la mémoire.”
En plus de donner aux chercheurs une méthode pour étudier les temps de pointe et leur relation avec le comportement et la mémoire, cette étude ouvre également la voie à l’étude des déficits observés dans les maladies neurodégénératives. Une meilleure compréhension de l'importance des temps de pointe pourrait conduire à une meilleure compréhension de ce qui se produit lorsque les modèles de pointe se détériorent dans la maladie d'Alzheimer et d'autres troubles de la mémoire.
“Si nous disposons d'un langage pour les temps de pointe, nous pouvons comprendre les calculs qui pourraient avoir lieu. Si nous pouvons comprendre les calculs, nous pouvons comprendre comment ils se décomposent et suggérer de nouvelles techniques pour les corriger”, a déclaré Muller.
Plus d'information:
Federico W. Pasini et al, Approche algébrique des codes neuronaux de pointe dans l'hippocampe, Examen physique E (2023). DOI : 10.1103/PhysRevE.108.054404
Fourni par l'Université de Western Ontario
Citation: Une nouvelle approche mathématique donne un aperçu de la formation de la mémoire (5 décembre 2023) récupéré le 5 décembre 2023 sur
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