De nombreuses fonctions cognitives semblent \u00eatre sous-tendues au niveau c\u00e9r\u00e9bral par la formation de s\u00e9quences d\u2019activit\u00e9 neuronale, c\u2019est-\u00e0-dire par l\u2019activation successive d\u2019ensembles sp\u00e9cifiques de neurones, dans un ordre bien pr\u00e9cis. Ces fonctions sont vari\u00e9es, allant de la vocalisation chez les oiseaux, \u00e0 la r\u00e9activation de souvenirs chez les primates, en passant par la discrimination d\u2019odeurs chez les criquets, ou encore la planification et la prise de d\u00e9cision chez les rats. Les s\u00e9quences d\u2019activit\u00e9 peuvent se produire plus ou moins rapidement, depuis l\u2019\u00e9chelle de temps lente du comportement (c\u2019est-\u00e0-dire conditionn\u00e9e par la perception ou par l\u2019action), jusqu\u2019\u00e0 l\u2019\u00e9chelle de temps rapide endog\u00e8ne (c\u2019est-\u00e0-dire conditionn\u00e9e par les propri\u00e9t\u00e9s intrins\u00e8ques des r\u00e9seaux de neurones concern\u00e9s). Un exemple particuli\u00e8rement frappant est l\u2019hippocampe, dont les cellules de lieu codent la position de l\u2019animal dans l\u2019environnement. Lorsque l\u2019animal se d\u00e9place, les cellules de lieu s\u2019activent les unes apr\u00e8s les autres au fil de la trajectoire, ce qui forme des s\u00e9quences d\u2019activit\u00e9 \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de temps comportementale. Ensuite, pendant le sommeil, ces m\u00eames s\u00e9quences se reproduisent spontan\u00e9ment, comme si l\u2019animal \u00ab\u00a0r\u00eavait\u00a0\u00bb des trajectoires qu\u2019il vient de parcourir. Ces r\u00e9activations sont hautement acc\u00e9l\u00e9r\u00e9es, environs vingt fois plus rapides, et permettent de renforcer la m\u00e9moire pendant le sommeil. Comment l\u2019organisation s\u00e9quentielle des cellules de lieu peut-elle \u00eatre maintenue \u00e0 des \u00e9chelles de temps si diff\u00e9rentes, manifest\u00e9es \u00e0 des moments totalement s\u00e9par\u00e9s dans le temps, et dans des \u00e9tats c\u00e9r\u00e9braux oppos\u00e9s (veille, sommeil)\u00a0?<\/p>\n
Une premi\u00e8re possibilit\u00e9 est que l\u2019information s\u00e9quentielle est directement enregistr\u00e9e lorsque les neurones s\u2019activent les uns apr\u00e8s les autres \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de temps du comportement. Une seconde possibilit\u00e9, plus \u00e9nigmatique, met en jeu la remarquable propri\u00e9t\u00e9 de l\u2019hippocampe de g\u00e9n\u00e9rer des s\u00e9quences d\u2019activit\u00e9 enchev\u00eatr\u00e9es, c\u2019est-\u00e0-dire m\u00ealant de mani\u00e8re profond\u00e9ment intriqu\u00e9e des s\u00e9quences lentes et des s\u00e9quences rapides. Ceci se produit en fait pendant l\u2019exploration\u00a0: alors m\u00eame que les cellules de lieu s\u2019activent lentement les unes apr\u00e8s les autres, le r\u00e9seau hippocampique produit \u00e9galement des s\u00e9quences d\u2019activit\u00e9 \u00e0 l\u2019\u00e9chelle de temps d\u2019une oscillation c\u00e9r\u00e9brale appel\u00e9e \u00ab\u00a0th\u00eata\u00a0\u00bb, dont les cycles durent \u00e0 peine 150\u00a0ms. Ceci permet aux cellules de lieu de s\u2019activer de mani\u00e8re r\u00e9p\u00e9t\u00e9e, tr\u00e8s rapidement les unes apr\u00e8s les autres, comme si \u00e0 chaque instant elles repr\u00e9sentaient toute la trajectoire en cours. Gr\u00e2ce \u00e0 leur vitesse \u00e9lev\u00e9e, ces s\u00e9quences enchev\u00eatr\u00e9es permettraient aux cellules de lieu de renforcer leurs connexions, et ainsi de m\u00e9moriser leur s\u00e9quence d\u2019activation. Mais s\u2019agit-il vraiment l\u00e0 du m\u00e9canisme qui permet \u00e0 l\u2019hippocampe de m\u00e9moriser des trajectoires, ou d\u2019un simple \u00e9piph\u00e9nom\u00e8ne, si frappant soit-il\u00a0?<\/p>\n
Pour r\u00e9pondre \u00e0 cette question, nous avons enregistr\u00e9 des s\u00e9quences d\u2019activit\u00e9 hippocampiques chez des rats, pendant l\u2019exploration de l\u2019environnement, et pendant le sommeil. Nous avons d\u00e9velopp\u00e9 un protocole, gr\u00e2ce auquel nous avons pu perturber, de mani\u00e8re rapide et s\u00e9lective, les s\u00e9quences d\u2019activit\u00e9 enchev\u00eatr\u00e9es, sans toucher aux s\u00e9quences lentes. Ainsi, les cellules de lieu s\u2019activaient-elles toujours les unes apr\u00e8s les autres \u00e0 mesure que les rats parcouraient l\u2019environnement (\u00e0 l\u2019\u00e9chelle de temps du comportement), mais les s\u00e9quences enchev\u00eatr\u00e9es (\u00e0 l\u2019\u00e9chelle de temps du rythme th\u00eata) pouvaient \u00eatre supprim\u00e9es \u00e0 volont\u00e9. Nous avons constat\u00e9 que la perturbation des s\u00e9quences enchev\u00eatr\u00e9es avait pour cons\u00e9quence une absence totale de r\u00e9activations pendant la p\u00e9riode de sommeil suivante, r\u00e9activations qui permettent normalement la consolidation de la m\u00e9moire. Ainsi est-ce bien gr\u00e2ce \u00e0 son \u00e9tonnante capacit\u00e9 \u00e0 produire en m\u00eame temps des s\u00e9quences rapides et lentes, gr\u00e2ce \u00e0 cet enchev\u00eatrement des \u00e9chelles de temps, que l\u2019hippocampe peut mettre initialement en m\u00e9moire les souvenirs qui seront ensuite renforc\u00e9s pendant le sommeil pour permettre une m\u00e9morisation \u00e0 long terme.<\/p>\n
R\u00e9f\u00e9rence<\/p>\n
Drieu C, Todorova R, Zugaro M.. Nested sequences of hippocampal assemblies during behavior support subsequent sleep replay. Science. 2018 Nov 9;362(6415):675-679. doi: 10.1126\/science.aat2952.<\/p>\n
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Contact chercheur<\/p>\n