Une étude révèle la structure des ondes cérébrales associées à la consolidation de la mémoire

La réactivation de schémas d’activité neuronale basés sur l’expérience est cruciale pour l’apprentissage et la mémoire, mais ces schémas et les ondes cérébrales associées varient considérablement et sont difficiles à classer. De tels événements, appelés ondulations, sont caractéristiques de l’hippocampe, une région du cerveau responsable de la mémoire.

Jusqu’à présent, la méthode la plus courante pour étudier les ondulations consistait à utiliser l’analyse de fréquence, mais un projet dirigé par le Conseil national espagnol de la recherche (CSIC) a proposé une nouvelle stratégie de classification.

À l’aide d’outils de science des données, un groupe de recherche de l’Instituto Cajal (IC-CSIC) dirigé par Liset M. de la Prida a réussi à comprendre la structure temporelle des ondulations hippocampiques. Les scientifiques ont observé qu’en projetant l’ensemble des événements enregistrés lors d’une session dans des espaces mathématiques abstraits, ils obtenaient un nuage dans lequel leur position n’est en aucun cas aléatoire.

Ces informations pourraient être utiles pour leur classification différentielle dans des troubles tels que la maladie d’Alzheimer et l’épilepsie, qui concordent avec les déficits de mémoire épisodique. Les résultats sont publiés dans la revue Neurosciences naturelles et font partie du projet DeepCode.

La mémoire épisodique représente les expériences d’une personne, par exemple ce qui s’est passé à un moment et à un lieu précis, et constitue l’histoire de sa vie. “Cette mémoire se forme et se consolide au cours des ondulations, qui sont des ondes cérébrales de courte durée à haute fréquence contenant des traces mnésiques d’expériences antérieures. Dans des troubles tels que la maladie d’Alzheimer et l’épilepsie, ces ondulations, et donc la mémoire, sont affectées”, explique De la. Prida.

Les traces mnésiques d’expériences vécues se manifestent sous forme de séquences d’activité neuronale. Entrer dans un musée, parcourir un couloir et aboutir dans une salle face à un tableau sont des séquences qui se réactivent lors de ces ondulations puis se confondent avec d’autres traces d’événements antérieurs, formant des liens et éditant les aspects essentiels de la mémoire. Cela signifie par exemple que l’entrée dans le musée pourrait être liée au souvenir d’une visite similaire plusieurs années plus tôt. La forme d’onde des ondulations reflète la spécificité des traces mnésiques associées.

Une stratégie de science des données

“Compte tenu de leur nature oscillatoire, les ondulations ont longtemps été étudiées à l’aide d’outils spectraux qui caractérisent la fréquence et la portée des oscillations. Cependant, ces méthodes sont incapables d’identifier la variabilité reflétée par leurs formes d’onde et les séquences neuronales associées”, explique De la Prida.

Dans ce projet, ils ont adopté une stratégie de science des données : l’analyse des données topologiques, qui permet de projeter les échantillons temporels des ondulations dans un espace de grande dimension. Dans cet espace, chaque ondulation devient un point et lorsqu’elles sont toutes ajoutées, un nuage d’événements est obtenu. Les chercheurs ont découvert que la forme du nuage est interprétable en termes physiologiques.

« Les événements de fréquence, de durée ou de pentes similaires sont projetés à proximité, tandis que ceux qui présentent des caractéristiques différentes occupent des emplacements éloignés les uns des autres », explique Enrique Rodríguez Sebastián, chercheur prédoctoral et auteur principal de l’étude. Cela permet de décoder plus précisément leurs mécanismes et de prédire les ondulations générées par différentes régions de l’hippocampe.

“Ces régions peuvent déclencher des traces de différents contenus mémoriels, comme ceux avec un contenu plus social (qui était au musée) ou un contenu plus spatial (le musée est à côté de chez moi)”, ajoute De la Prida.

“Nos travaux faciliteront la compréhension des mécanismes de formation de la mémoire épisodique. Ces mêmes stratégies pourraient aider à séparer les répercussions physiologiques des répercussions pathologiques qui accompagnent les déficits de mémoire épisodique tels que ceux rencontrés dans la maladie d’Alzheimer et l’épilepsie”, conclut le scientifique.