Comment différentes régions du cerveau contribuent à la mémoire des objets visuels

La mémoire visuelle des objets fait référence à la capacité de notre cerveau à stocker, reconnaître et rappeler des informations visuelles sur les objets que nous percevons. Cette capacité est essentielle pour interagir avec le monde, influencer l’apprentissage, la résolution de problèmes, la navigation et les interactions sociales. Sans une mémoire visuelle efficace des objets, ces activités seraient presque impossibles. Par conséquent, de nombreux neuroscientifiques ont tenté avec détermination de découvrir les mécanismes à l’origine de cet aspect essentiel de la cognition, tant chez les humains que chez les animaux.

De nombreuses études sur les primates engagés dans des tâches de mémoire ont établi que le cortex temporal ventral antérieur (aVTC) est crucial pour la mémoire d’objets visuels. Les neurones de cette région peuvent représenter des objets visuels complexes, ce qui suggère qu’ils peuvent fonctionner dans la mémoire d’objets visuels même sans apport visuel direct, en s’appuyant plutôt sur des signaux régulateurs provenant de zones cognitives supérieures. Malgré cette compréhension, les spécificités de cette régulation « descendante » et du réseau fonctionnel plus large qui inclut l’aVTC restent flous.

Pour tenter de répondre à ces questions, une équipe de recherche japonaise a mené une enquête approfondie pour faire la lumière sur ce problème insaisissable. Dirigée par Toshiyuki Hirabayashi, chercheur principal aux National Institutes for Quantum Science and Technology (QST), ils ont mené divers types d’expériences sur des macaques effectuant des tâches de mémoire visuelle. Leur dernier article a été publié dans Nature Communications le 10 juillet 2024 et a été co-écrit par Takafumi Minamimoto du Advanced Neuroimaging Center, QST.

Les chercheurs ont d’abord effectué des tomographies par émission de positons fonctionnelles sur des macaques lors d’une tâche de rappel visuel, ce qui leur a permis de repérer les régions cérébrales les plus actives en mesurant les changements infimes du flux sanguin. Ils ont combiné ces mesures avec des données d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, prises précédemment sur une large population de macaques, qui ont quantifié la connectivité entre différentes zones cérébrales. Ils ont ainsi identifié des nœuds spécifiques au sein du cortex aVTC et du cortex orbitofrontal (OFC) comme des membres essentiels du réseau qui régit la mémoire des objets visuels.

Pour étayer ces résultats, ils ont mené des expériences de silençage chimiogénétique. En d’autres termes, ils ont modifié génétiquement l’OFC des macaques à l’aide d’un vecteur viral pour introduire des récepteurs conçus sur mesure dans les neurones. Ces récepteurs empêchent l’activation des neurones, mais seulement en présence d’une drogue de synthèse très spécifique. L’équipe a observé que les singes obtenaient des résultats nettement moins bons dans les tâches de rappel visuel lorsque l’OFC était chimiquement réduit au silence, ce qui n’entravait en rien leur perception visuelle.

Néanmoins, les chercheurs ont voulu pousser leur analyse un peu plus loin et ont donc exploré les détails à petite échelle régissant la mémoire des objets visuels dans l’aVTC et l’OFC.

« L’identification à l’échelle macroscopique des nœuds du réseau cérébral et la compréhension ultérieure à l’échelle microscopique et cellulaire du flux d’informations causales le long des nœuds identifiés sont nécessaires pour une compréhension complète des mécanismes de réseau qui sous-tendent la mémoire des objets », remarque Hirabayashi.

À cette fin, ils ont réalisé des enregistrements de neurones individuels dans l’aVTC des mêmes macaques utilisés dans les expériences précédentes, évaluant l’activité liée à la mémoire et la modulation d’ordre supérieur dans ces neurones. Ils ont découvert que l’activité liée à la mémoire des neurones individuels de l’aVTC, mais pas l’activité liée à la perception, était spécifiquement atténuée par le silençage de l’OFC. Cela concordait avec les résultats comportementaux obtenus précédemment.

De plus, des changements similaires dans l’activité neuronale se sont produits lorsque les singes ont commis une erreur mnémotechnique dans la tâche précédant le silençage de l’OFC, suggérant la pertinence comportementale de l’activité liée à la mémoire dans les neurones aVTC individuels, ce qui a été soutenu par des entrées descendantes de l’OFC.

Ces analyses ont permis à l’équipe de mieux comprendre les mécanismes qui sous-tendent la mémoire visuelle à court terme chez les primates. Étant donné que notre cerveau partage de nombreuses caractéristiques fonctionnelles et structurelles avec celui de ces animaux, les résultats de cette étude peuvent également nous aider à mieux nous comprendre nous-mêmes. Il convient de noter que cela pourrait avoir d’importantes implications en médecine.

Comme l’explique Hirabayashi, « les mécanismes de réseau découverts chez les primates non humains pourraient permettre de comprendre les mécanismes des déficits de mémoire associés à la démence humaine ». Il ajoute : « La neuromodulation artificielle du réseau actuellement découvert chez les patients atteints de démence pourrait restaurer leurs fonctions de mémoire visuelle ».

Fourni par les Instituts nationaux pour la science et la technologie quantiques