Créer des souvenirs

Une nouvelle souche de souris génétiquement modifiées a permis aux chercheurs d'identifier, pour la première fois, les connexions cellulaires précises qui se forment lorsqu'une mémoire est créée. En traçant une protéine marquée pour briller en vert fluorescent lorsqu'elle migre à travers les neurones individuels, du corps cellulaire aux dendrites ramifiées, les chercheurs ont pu voir exactement quelles synapses - les connexions à d'autres neurones - étaient impliquées lorsque les souris ont appris à craindre un choc électrique. .

Suivez la lueur : en concevant des souris pour fabriquer une protéine réceptrice du glutamate marquée par fluorescence (en vert) dans les neurones actifs, les chercheurs ont pu suivre le chemin de la protéine alors que les souris apprenaient à craindre un choc électrique. Les corps cellulaires neuronaux apparaissent en bleu.

C'est une première étape pour visualiser les synapses qui codent les souvenirs, dit Stephen Maren , directeur du programme d'études supérieures en neurosciences à la Université du Michigan , qui n'a pas participé à la recherche. Nous n'avons vraiment pas eu d'outil comme celui-ci pour voir l'encodage de la mémoire au niveau synaptique. C'est un papier passionnant.

Nous développons des techniques qui nous permettent de nous concentrer sur les sites physiques réels qui changent dans le cerveau avec l'apprentissage, à une résolution de plus en plus fine, explique le chercheur principal de l'étude, Marc Mayford , professeur agrégé de biologie cellulaire à la Institut de recherche Scripps .

Les neuroscientifiques pensent que pour qu'un souvenir se forme, les connexions synaptiques individuelles doivent être renforcées en réponse à un stimulus générateur de mémoire. Ce renforcement est probablement le résultat d'un ensemble spécifique de protéines migrant vers les synapses selon un schéma chorégraphié avec précision, mais cela reste un mystère quelles protéines sont impliquées et comment elles sont ciblées vers leurs destinations. La nouvelle étude, qui paraît dans le numéro d'aujourd'hui de La science , est le premier à tracer une protéine particulière lorsqu'elle se dirige vers des synapses particulières.

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• Voir des images de la protéine incandescente lors de son voyage à travers les neurones.

La protéine étudiée est un récepteur du glutamate, un neurotransmetteur précédemment impliqué dans la formation de la mémoire. Les chercheurs ont conçu une souche de souris pour que le récepteur du glutamate devienne vert dans des circonstances extrêmement spécifiques et manipulables.

Les souris génétiquement modifiées ont ensuite été entraînées à s'attendre à un choc électrique à leurs pieds chaque fois qu'elles étaient placées dans une certaine boîte. La peur qui en résulte est un souvenir très durable et très robuste, dit Mayford. Vraisemblablement, dit-il, les neurones activés lorsque les souris ont appris à craindre la boîte étaient ceux qui étaient responsables de la formation de la mémoire aversive.

Le récepteur du glutamate marqué par fluorescence a été modifié de sorte que les neurones ne le fabriquent que lorsqu'ils deviennent actifs. Cela a permis au groupe d'identifier quels neurones ont contribué à la formation de la mémoire en suivant la lueur verte.

De plus, les chercheurs pourraient désactiver complètement l'ensemble du système de protéines étiquetées en administrant le médicament doxycycline. Les souris ont été nourries de doxycycline tout au long de leur vie, jusqu'à la tâche d'apprentissage, et à nouveau lorsque la tâche était terminée. De cette façon, la protéine marquée n'a été fabriquée que pendant la formation de cette mémoire particulière.

Vous ne capturez que les événements entourant l'épisode d'apprentissage, dit Craig Powell , professeur adjoint de neurologie et de psychiatrie à Centre médical du sud-ouest de l'Université du Texas , qui n'a pas participé à la recherche.

Le groupe de Mayford a suivi le récepteur brillant du glutamate lors de sa migration à travers les neurones dans une région appelée hippocampe en examinant des tranches de cerveau à plusieurs moments après la tâche d'apprentissage. Ils ont découvert qu'une fois la protéine fabriquée dans le noyau, elle voyageait vers l'extérieur à travers les nombreuses dendrites ramifiées de la cellule et s'installait finalement dans des synapses éloignées.

Étonnamment, la protéine s'est logée préférentiellement dans un type de synapse. Les synapses se présentent sous plusieurs saveurs, selon qu'elles sont formées par des épines dites minces, trapues ou de champignons dépassant de la cellule. Le récepteur marqué du glutamate a migré principalement dans les synapses de type champignon.

Je pense que la chose la plus importante à propos de cette étude est qu'elle suggère qu'un type spécifique de colonne vertébrale peut être plus important pour les processus d'apprentissage et de mémoire que d'autres types de colonne vertébrale, dit Powell.

La préférence du récepteur pour les synapses de type champignon suggère que, au moins dans le processus de formation d'une mémoire liée à la peur, il existe un système de trafic spécialisé pour diriger les protéines synaptiques vers leurs cibles. Mais quel genre de drapeau moléculaire est agité pour dire : « Venez ici et installez-vous dans mon type de synapse », n'est pas vraiment clair, dit Maren.

Un autre mystère est de savoir pourquoi le récepteur marqué disparaît des synapses après 72 heures, alors que la mémoire persiste beaucoup plus longtemps. D'autres protéines et d'autres zones cérébrales sont presque certainement impliquées dans la formation et le maintien de la mémoire. L'amygdale en particulier joue probablement un rôle clé. Alors que l'hippocampe est essentiel pour coder les informations sur le lieu - dans ce cas, la boîte où les chocs ont été administrés - l'amygdale semble lier ces informations à la réaction de peur produite par les chocs.

L'hippocampe n'est probablement pas le site de stockage final, dit Maren. Si vous vouliez vraiment voir où la mémoire à long terme était codée pour ce type d'apprentissage, vous voudriez probablement regarder l'amygdale.

Dans des recherches antérieures sur l'amygdale utilisant des souris de conception similaire, le groupe de Mayford a montré que les mêmes neurones sont activés à la fois lorsqu'un souvenir est formé et lorsqu'il est ensuite récupéré. Dans de futures études, les chercheurs pourraient appliquer la nouvelle approche à plus petite échelle pour sonder la formation de la mémoire dans l'amygdale.

Mayford espère également utiliser la nouvelle technique pour élucider la structure précise d'une mémoire codée par l'hippocampe, en particulier une mémoire de la boîte. Il prévoit de déterminer s'il peut apprendre à une souris qui n'a jamais été choquée à l'intérieur de la boîte à la craindre néanmoins. Pour ce faire, il activerait les neurones de l'hippocampe qui codent la mémoire de la boîte, puis donnerait un choc à la souris.

Si l'expérience réussit, cela pourrait aider à expliquer comment la boîte est représentée dans le cerveau de la souris. L'une des grandes questions en neurosciences, dit Mayford, est la suivante : que faut-il pour faire une représentation de l'environnement externe ?

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