Des scientifiques découvrent le rôle de la dopamine dans la médiation de la dynamique de la mémoire à court et à long terme

Dans une étude récente publiée dans NatureDes chercheurs de l’Université de Stanford et de l’Université Yale ont exploré l’interaction entre la mémoire à court et à long terme chez les animaux.

L’apprentissage et la mémoire chez les insectes sont contrôlés par une structure connue sous le nom de corps en champignon, analogue à l’hippocampe chez les mammifères.

Alors que des études précédentes ont exploré ce phénomène chez les insectes, les chercheurs voulaient comprendre comment les réponses innées préexistantes aux stimuli influencent l’apprentissage de nouvelles associations et comment ces souvenirs se forment et se maintiennent au fil du temps.

Medical Xpress s’est entretenu avec le premier auteur de l’étude, Cheng Huang, professeur adjoint à la faculté de médecine de l’université de Washington. Il explique ce qui l’a poussé à poursuivre cette recherche : « Depuis mon enfance, je suis fasciné par la vivacité de nos souvenirs et par la façon dont ils peuvent façonner le comportement et la personnalité d’un individu. »

Les chercheurs se sont concentrés sur le cerveau de la drosophile (mouche à fruits). En utilisant une combinaison de techniques d’imagerie expérimentale et de modélisation informatique, les chercheurs ont observé l’activité neuronale des mouches à fruits alors qu’elles étaient soumises à des expériences de conditionnement associatif olfactif.

Dopamine et mémoire

La libération de dopamine a été associée à des expériences enrichissantes, renforçant la mémoire de ces expériences. En fait, la dopamine agit comme un signal indiquant que quelque chose de bien s’est produit, ce qui facilite la mémorisation.

Cela permet d’encoder de nouveaux souvenirs et de renforcer les comportements appris, jouant ainsi un rôle dans la formation de la mémoire à court et à long terme. Cela facilite également le stockage et la récupération de la mémoire, stabilisant ainsi les souvenirs au fil du temps.

Le professeur Huang et ses collègues suggèrent que les neurones dopaminergiques du cerveau de la mouche à fruits intègrent les informations provenant des réponses innées et des expériences acquises avec des stimuli sensoriels.

En d’autres termes, la dopamine aide à traiter et à unifier les informations obtenues à partir des deux sources, influençant ainsi la façon dont le cerveau réagit aux stimuli sensoriels.

« Notre travail introduit une nouvelle conception des interactions entre les zones de stockage de la mémoire à court et à long terme du cerveau », explique le professeur Huang.

« Les conceptions traditionnelles se concentraient sur la consolidation des systèmes, dans lesquels les mémoires résidant dans des zones de stockage à court terme sont transmises pendant l’activité hors ligne vers des zones de stockage à long terme. Ici, nous découvrons une interaction différente entre les compartiments de mémoire à court et à long terme. »

L’imagerie de tension pour étudier les pics neuronaux

Pour la partie expérimentale de l’étude, les chercheurs ont utilisé 500 mouches à fruits, les exposant à différentes odeurs. Ces mouches à fruits ont été génétiquement modifiées pour cibler des neurones spécifiques et manipuler leur activité.

Certaines odeurs ont été associées à des stimuli positifs ou négatifs (comme une récompense ou une punition). Cela permet de tester la capacité des mouches à apprendre et à mémoriser l’association entre une odeur et le résultat.

Expliquant pourquoi la drosophile a été utilisée, le professeur Huang a déclaré : « Le cerveau de la drosophile fournit un excellent modèle pour comprendre la logique fondamentale et les mécanismes sous-jacents à l’apprentissage et à la mémoire médiés par la dopamine. »

« Bien qu’il possède un nombre significativement plus petit de neurones dopaminergiques par rapport aux mammifères, le système dopaminergique de la drosophile présente des fonctions plus conservées dans les processus d’apprentissage et de mémoire. »

Pour mesurer la réponse des mouches à divers stimuli, les chercheurs ont mesuré l’activité des pics neuronaux (communication entre les neurones) à l’aide de l’imagerie de tension.

Cette méthode capture les signaux électriques en mesurant les variations de tension à travers la membrane du neurone. Lorsqu’un neurone s’active, il se produit une variation de tension qui peut être visualisée à l’aide de capteurs ou de colorants spéciaux.

Pour la partie informatique de leur travail, les chercheurs ont créé un modèle du circuit du corps du champignon, contraint à la fois par le câblage du cerveau de la mouche et par leurs données de pointe expérimentales, pour expliquer et prédire la dynamique de la mémoire.

Gating, rétroaction et rôle de la dopamine

Les chercheurs ont découvert que les neurones dopaminergiques du cerveau de la mouche à fruits encodent les réponses innées et apprises aux récompenses, aux punitions et aux odeurs, de manière hétérogène. Ces signaux régulent la manière dont les souvenirs sont stockés et oubliés dans le cerveau.

Lorsque des souvenirs à court terme se forment, ils déclenchent un processus qui ouvre la porte à l’affaiblissement de certaines connexions entre les cellules cérébrales, permettant aux neurones dopaminergiques de mieux traiter les signaux innés et appris, ce qui à son tour contribue à former des souvenirs à long terme.

« Cette porte se produit via une interaction de rétroaction, par laquelle les signaux émis par une unité de mémoire à court terme influencent l’activité qui est entrée dans une unité de mémoire à long terme. »

« Une fois qu’une mémoire à court terme a été créée, cette interaction de rétroaction permet à une mémoire à long terme de se former rapidement lors de présentations supplémentaires de la même association qui a conduit à la mémoire à court terme initiale », a expliqué le professeur Huang.

Ils ont également découvert que la force de cette porte dépend d’une somme linéaire des réponses innées et précédemment apprises des signaux sensoriels.

Le modèle informatique a également révélé comment la dopamine intervient dans l’interaction entre la mémoire à court et à long terme. Les chercheurs ont découvert que le moment de l’entraînement à l’extinction de la mémoire et la signification naturelle des odeurs influencent la force et la persistance de ces souvenirs.

Regard vers l’avenir

Les résultats de l’étude révèlent comment différentes parties du corps du champignon travaillent ensemble pour former la mémoire à court et à long terme.

Ils permettent de comprendre les mécanismes qui régissent l’interaction entre les informations innées et acquises dans le cerveau pour façonner le comportement. De plus, ils révèlent le rôle de la dopamine dans la médiation de l’interaction entre la mémoire à court et à long terme.

« Ce mécanisme pourrait fournir des informations permettant d’identifier des circuits similaires chez les mammifères. À terme, nos découvertes pourraient bénéficier au développement d’interventions ou de traitements pour les maladies associées à la démence chez l’homme », a déclaré le professeur Huang.

En parlant de l’impact que leur étude pourrait avoir sur le domaine des neurosciences dans son ensemble, le Dr Huang a conclu en disant : « Les implications biologiques de nos données et des résultats de notre modélisation sont de grande portée et peuvent offrir des informations informatiques importantes sur le système de mémoire dynamique et inspirer de nouvelles conceptions d’algorithmes d’apprentissage et d’architectures de réseau en intelligence artificielle. »

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