Mémoire


Introduction

La mémoire est définie comme la fonction qui permet l'enregistrement de nouvelles informations, leur stockage et leur restitution. Le concept de mémoire n’inclut pas les apprentissages fondamentaux du développement normal de l’enfant: marche, langage, connaissances (gnosies) et fonctions de coordination et d’adaptation des mouvements volontaires de base dans le but d’accomplir une tâche donnée (praxies) (3).

L’apprentissage correspond à l’acquisition de nouvelles procédures, informations ou connaissances et la mémoire proprement dite correspond à la rétention de l’information acquise (1). Différents processus neuronaux et différentes structures sont impliqués en fonction de la nature de l’information et des conditions d’utilisation de cette information. L’apprentissage et la mémoire n’impliquent en effet pas une seule structure ou un seul mécanisme cérébral. En d'autres termes, la mémoire n'est pas unique: il existe plusieurs systèmes de mémoire, interdépendants, chacun pouvant être subdivisé en plusieurs sous-systèmes (3).

Il existe plusieurs façons de classer les différents types de mémoire. On distingue classiquement la mémoire déclarative de la mémoire non déclarative, la mémoire à court terme de la mémoire à long terme (1).

Mémoire déclarative vs. mémoire non déclarative

Mémoire déclarative

On considère que le stockage des faits et des évènements de la vie fait appel à la mémoire déclarative (la mémoire déclarative correspond ainsi au sens commun utilisé dans le langage courant pour parler de mémoire, de souvenir) (1). Ex: "Léonard de Vinci a vécu à Ambroise de 1516 à 1519" ou "La capitale du Népal est Katmandou" ou "Le cours de physiologie de la semaine dernière était vraiment ennuyeux"... Généralement la mémoire déclarative est disponible pour un rappel conscient des faits ou évènements. La mémoire déclarative est de fait souvent appelée mémoire explicite car elle nécessite des efforts conscients. La capacité de stockage de la mémoire déclarative est particulièrement élevée même si celle-ci n'est pas déterminée. Les principales structures impliquées dans ce type de mémoire sont le lobe temporal médian et le diencéphale (1).

Mémoire non déclarative

La mémoire non déclarative se scinde en deux catégories: les réponses émotionnelles (telles que "la peur apprise") et la mémoire procédurale, correspondant à l’apprentissage et la mémorisation des habilités motrices ou plus généralement des comportements (1). La mémoire non déclarative fait appel à des processus inconscients i.e. elle n’est pas soumise à un rappel conscient: les tâches apprises peuvent s’effectuer sans remémoration consciente. On peut ne pas se rappeler quand on a fait du vélo pour la première fois (mémoire déclarative) mais le cerveau a retenu comment on en fait (mémoire non déclarative ou procédurale). On apprend ainsi à faire du vélo, à lacer nos chaussures, à jouer de la cornemuse... Elle est fréquemment appelée mémoire implicite car elle résulte de l’expérience. Elle est plus proche dans le langage courant "d’habitudes", "de savoir-faire" ou "d’habilité" (1). Les principales structures impliquées dans ce type de mémoire sont les noyaux gris centraux, plus particulièrement le striatum (pour les habiletés motrices acquises, ex: savoir faire du piano), le cervelet (pour la musculature squelettique, ex: savoir faire du ski), l’amygdale (pour les réponses émotionnelles, ex: avoir peur des requins).

Il existe une autre différence entre mémoire déclarative et non déclarative. Les souvenirs de la mémoire déclarative se forment souvent facilement et disparaissent tout aussi facilement alors que les souvenirs de la mémoire non déclarative se forment après un temps certain d’apprentissage et un certain nombre de répétitions mais ils sont moins susceptibles de disparaître.

Mémoire de travail, mémoire à court terme et mémoire à long terme

Ces distinctions concernent la mémoire déclarative. Certaines formes de mémoire sont plus durables que d’autres. La mémoire à court terme est de l’ordre de quelques secondes à quelques heures et concernent des données relativement labiles. La mémoire à long terme porte sur les souvenirs dont on peut se rappeler des jours, des mois voire des années après leur acquisition (ex: les souvenirs de l’enfance) (1).

On considère généralement que les informations sensorielles font initialement l’objet d’un processus de stockage à court terme puis qu’elles sont progressivement transformées en une forme plus permanente de mémoire selon un processus que l’on dénomme consolidation mnésique. Cependant, toutes les informations ne font pas l’objet d’un stockage à long terme (ex: qu’avez-vous mangé hier soir ? - Des pâtes, très bien - mais qu’avez-vous mangé jeudi dernier à midi ? - Vous avez oublié -). De plus, l’état de mémoire à court terme n’est pas un intermédiaire obligatoire pour une mémorisation à long terme: le passage par les mémoires à court terme n’est pas obligatoire pour le processus de consolidation mnésique. Les deux types de mémoire sont susceptibles d’exister en parallèle (1).

Alan Baddeley et Graham Hitch ont développé dès 1974 un concept de mémoire de travail introduisant la notion d'attention et postulant l'existence de différents sous-systèmes selon la nature de l'information (2). La mémoire de travail correspond à un maintien temporaire d’informations, limité en capacité et qui nécessite des répétitions mentales (garder l’information "à l’esprit") (1).

La mémoire de travail est un système responsable du traitement et du maintien temporaire des informations nécessaires à la réalisation d'activités aussi diverses que la compréhension, l'apprentissage et le raisonnement (4). Elle est composée de deux sous-systèmes satellites de stockage (la boucle phonologique et le calepin visuospatial), coordonnés et supervisés par une composante attentionnelle, l'administrateur central (4).
  • La boucle phonologique est responsable du stockage d'informations verbales, de leur manipulation et de leur rafraîchissement.
  • Le calepin visuospatial est impliqué dans le stockage des informations spatiales et visuelles ainsi que dans la formation et la manipulation des images mentales.
  • L'administrateur central supervise et coordonne l'information en provenance des systèmes satellites et gère le passage de l'information vers la mémoire à long terme. Il joue un rôle dans la focalisation et le partage de l'attention, dans la sélection des informations en mémoire à long terme, dans la manipulation de ces informations et dans l'intégration en mémoire à long terme des nouvelles informations.
Ainsi, la mémoire de travail n'est pas uniquement une voie de passage des entrées sensorielles en mémoire à long terme mais un espace de travail entre les données issues de l'environnement et les connaissances en mémoire à long terme (4).

On mesure souvent la mémoire de travail en mesurant le nombre de chiffres délivrés au hasard qu’un individu peut restituer après avoir entendu une liste de ces chiffres. On parle communément de l’empan de la mémoire immédiate (normale de 7 plus ou moins deux chiffres) (1). Des patients atteints de lésions corticales peuvent conserver une mémoire à court terme pour les informations en rapport avec une modalité sensorielle donnée (par ex, se rappeler de chiffres après les avoir vus écrits) mais avoir un profond déficit de la mémoire à court terme si les informations sont d’une autre origine sensorielle (par ex, ils ne peuvent se rappeler d’un seul chiffre après les avoir entendus). Ces cas d’empans différents en rapport avec des modalités sensorielles elles-mêmes différentes confortent l’idée de plusieurs sites de stockage temporaire dans le cerveau (1).

Structures impliquées dans les processus mnésiques

Des avancées importantes sur la compréhension des structures impliquées dans les processus d'apprentissage et de mémorisation ont été réalisées dans les années vingt par le psychologue américain Karl Lashley, notamment à partir d'expériences de lésions corticales réalisées chez le rat, soumis au test du labyrinthe. Les structures nerveuses impliquées, comme les mécanismes neuronaux sous-jacents aux composantes procédurales et déclaratives de la mémoire, et aussi des processus à court terme et à long terme, ne sont pas identiques (1). Certaines structures anatomiques sont clairement impliquées dans les processus de mémorisation: il en est ainsi du système limbique, du cortex cérébral en général et des cortex sensoriel, associatif et orbitofrontal (3). Aucune fonction mnésique ne correspond à une localisation définie, "cartographique". Le processus est dynamique, en boucle, emprunte les commissures, ce qui entraîne une suppléance par bilatéralité des circuits communicants. D'autre part les structures anatomiques qui supportent la mémoire n'exercent pas uniquement cette activité mnésique (3): les aires néocorticales servent à la fois au traitement de l'information sensorielle et au stockage des souvenirs (1).

Mémoire déclarative

Dans le lobe temporal médian se trouve un ensemble de structures interconnectées qui jouent un rôle particulièrement important dans la consolidation de la mémoire déclarative: l’hippocampe et les aires corticales proches ainsi que les voies neuronales qui relient ces structures à d’autres parties du cerveau (1):
  • L’hippocampe est une structure repliée sur elle-même, située médialement par rapport au ventricule latéral.
  • Trois régions corticales situées ventralement par rapport à l’hippocampe entourent la scissure rhinale: le cortex entorhinal, qui occupe la partie interne de la scissure rhinale, le cortex périrhinal, qui occupe la partie latérale, et le cortex parahippocampique qui s’étend latéralement par rapport à la scissure rhinale.
Afférences de l'hippocampe

Les informations parvenant dans la partie médiane des lobes temporaux proviennent des aires corticales associatives, représentant des régions de forte intégration de modalités sensorielles de tout ordre (1). Par exemple, le cortex visuel inférotemporal, aire associative visuelle (aire IT), se projette sur le lobe temporal médian, mais pas les aires visuelles primaires comme le cortex strié. Cela signifie que les informations afférentes véhiculent des informations complexes, peut-être des informations importantes pour le comportement, plutôt que des réponses à des simples faits comme la détection de la limite entre l’ombre et la lumière (1).
  • L'origine des afférences est représentée par la circonvolution parahippocampique et le gyrus cingulaire (1). Ce sont des aires d'association et de transit où la conduction vers l'hippocampe se fait à la fois dans le cortex et dans le cingulum et le plus souvent à double sens (1).
  • La provenance des afférences et la jonction avec l'hippocampe sont le fait du cingulum, situé à la partie profonde du cortex cingulaire et qui transmet au cortex limbique les afférences des aires corticales de projection et d'association, notamment les aires 7, 9, 46 puis 7, 22, 9 et 46 sur les deux parties du gyrus cingulaire et 20, 46, 9, 22, 21, 7 et 19, d'arrière en avant sur la circonvolution parahippocampique (1).
Les informations atteignent d’abord le cortex rhinal (entorhinal et périrhinal) et le cortex parahippocampique, avant de rejoindre l’hippocampe (1). Les principales voies afférentes de l'hippocampe sont ainsi (3):
  • les fibres perforantes issues du cortex entorhinal sur lequel projettent le néocortex (récepteur), le cortex parahippocampique postérieur (association), le cortex prépiriforme (association) et l'amygdale (système associé et autonome). Ces fibres rejoignent la cupule des cellules granulaires du gyrus denté dont les axones vont faire synapse avec les cellules du champ CA 3 de la corne d'Ammon
  • les fibres alvaires issues du cortex cingulaire (association) se projetant sur le subiculum
  • des fibres controlatérales provenant du septum, de l'hippocampe et du cortex entorhinal controlatéral via le trigone (commissure postérieure) se projettent sur l'hippocampe à contre-courant.
Efférences de l'hippocampe

Les efférences de l'hippocampe sont de deux types (1): celles qui rejoignent les piliers du fornix et celles qui se dirigent vers le néocortex associatif. Le fornix, ou trigone, véhicule la grande majorité des efférences de l'hippocampe (1). Il décrit une boucle autour du thalamus et se termine dans les corps mamillaires hypothalamiques, formant ainsi une longue voie hippocampo-mamillaire appelée circuit de Papez. Ce circuit porte le nom du neuronanatomiste américain, James Papez qui l'a décrit en 1937, en anglais, effaçant les travaux réalisés trente ans plus tôt par un neurobiologiste argentin, Christofredo Jakob qui l'avait décrit de manière trop "confidentielle"... en allemand. C'est la principale voie de sortie du complexe hippocampique, un circuit reliant entre eux l'hippocampe, le corps mamillaire, le thalamus et le cortex cingulaire.
  • Le fornix (du latin fornix, "arc, arche") doit son nom au fait que se rejoignant en haut et en arrière avec son homologue controlatéral, les deux trigones forment une véritable voûte qui recouvre le reste du système. Le fornix constitue en fait un cercle de jonction bilatérale avec une commissure postérieure de bilatéralité entre les deux hémisphères (1). Sur le bord externe de la formation hippocampique, les fibres efférentes sont regroupées sous la forme d’une fine membrane qui devient peu à peu, en progressant vers l’arrière une structure tubulaire (1). Les piliers postérieurs du fornix se réunissent ainsi pour former un corps, puis se séparent à nouveau à l'extrémité antérieure du thalamus, au niveau de la commissure blanche antérieure, pour former les piliers antérieurs du trigone, qui se portent en bas et en arrière, limitant les trous de Monro (1). Les deux trigones se séparent donc en avant pour se terminer à la partie basse de l’hypothalamus, par deux formations sphériques, les tubercules mamillaires (1).
  • Ce circuit se poursuit après une 1ere synapse mamillaire,
    • vers le bas, vers les noyaux tegmentoventral et dorsal du mésencéphale par le faisceau tegmental central (1) ou
    • vers le haut vers le thalamus antérieur par le faisceau mamillo-thalamique (de Vick d'Azyr).
  • A partir de cette troisième étape thalamique (deuxième synapse thalamique), le circuit se projette de façon rayonnante sur le gyrus cingulaire. On parle ainsi de circuit hippocampo-mamillo-thalamo-cingulaire (1, 3). Les radiations thalamocingulaires rejoignent le cingulum, qui retourne en partie au pied de l'hippocampe après être rentré en contact avec le cortex, le cortex cingulaire, le diencéphale, le mésencéphale et la réticulée. Le circuit de Papez n'est donc pas un circuit fermé. Il s'ouvre sur le néocortex et les structures sous-corticales, car le gyrus parahippocampique, le gyrus cingulaire et le cortex rétrosplénial échangent des connexions réciproques avec les cortex associatifs pariétaux et temporaux; enfin, les noyaux thalamiques (pulvinar en particulier) participent également aux relations entre système limbique et néocortex.
  • Le circuit de Papez est également accompagné par un circuit limbique mésencéphalique avec le faisceau mamillo-tegmental (Gudden).
Diencéphale

En dehors du lobe temporal, une des parties du cerveau les plus concernées par la mémoire est le diencéphale (1). Les trois parties du diencéphale impliquées dans les processus de mémoire de reconnaissance sont les noyaux antérieur et dorsomédian du thalamus, et les corps mamillaires dans l’hypothalamus (1). Le fornix, principale voie efférente de l'hippocampe, se termine sur les corps mamillaires hypothalamiques qui se projettent à leur tour sur le noyau antérieur du thalamus et celui-ci se projette sur le cortex cingulaire formant le circuit hippocampo-mamillo-thalamo-cingulaire. Le noyau dorso-médian du thalamus reçoit aussi les afférences des structures du lobe temporal (circuit de Mishkin), y compris de l'amygdale et du cortex inférotemporal, et se projette sur presque tout le cortex frontal (1).

Un circuit trisynaptique parallèle au circuit de Papez, reliant l'amygdale au noyau dorsomédian du thalamus et au cortex préfrontal, a été décrit par Mortimer Mishkin chez le singe (2, 3). L'amygdale est une structure grise située à la partie dorsale de la face interne du lobe temporal, sous le putamen et en avant de la queue du noyau caudé. On y distingue deux principaux groupes nucléaires: le groupe corticomédian (phylogénétiquement le plus ancien, peu développé chez l'homme) et le groupe basolatéral. Le noyau central est tantôt considéré comme une troisième subdivision, tantôt considéré comme faisant partie du complexe corticomédian. Les connexions du complexe amygdalien passent par deux voies principales (2, 3):
  • la strie terminale émerge de la partie ventromédiane du complexe, court à la limite interne du noyau caudé jusqu'à la commissure antérieure; elle contient la majorité des fibres afférentes et efférentes du complexe corticomédian
  • la voie amygdalofuge ventrale émerge de la partie dorsomédiane du complexe, traverse la région sous-lenticulaire et l'espace perforé antérieur et contient le plus grand nombre des connexions du complexe basolatéral. La strie terminale se projette vers l'hypothalamus et la région septale. La voie amygdalofuge ventrale rejoint le cortex entorhinal et le noyau dorsomédian du thalamus. Des connexions réciproques s'établissent par l'intermédiaire des noyaux dorsomédians du thalamus avec le néocortex et le cortex cingulaire. La destruction bilatérale des noyaux amygdaliens ne semble entraîner que très peu de troubles mnésiques ; mais elle est souvent associée aux lésions hippocampiques dont elle aggrave les conséquences.
Région septale

La région septale comprend l'aire corticale, l'aire septale 25, gyrus paraterminal et gyrus diagonalis (hippocampe précommissural) et les noyaux du septum à la face interne du lobe frontal comprenant un groupe nucléaire latéral, un groupe médial et le noyau de la bandelette de Broca, auxquels est rattaché le nucleus basalis de Meynert, lésé dans les démences de type Alzheimer (3). La jonction septohippocampique et hippocamposeptale est de grande importance et ses connexions avec le tronc cérébral, l'hypothalamus et le cortex sont pour la plupart à double sens (3).

Avec l’hippocampe, le cortex siégeant dans et autour du sillon rhinal contribue manifestement à une transformation critique de l’information provenant des aires associatives du cortex pour la consolidation mnésique de la mémoire déclarative (1). Il se pourrait que, en plus de la consolidation, les souvenirs de la mémoire déclarative soient stockés temporairement dans le cortex de la partie médiane des lobes temporaux, avant d’être transférées de façon plus permanente en d’autres endroits du néocortex. Une des hypothèses suggèrent que ces structures, l’hippocampe et le cortex rhinal, présentent effectivement des rôles distincts, mais il n’existe pas à ce jour de consensus sur la nature de cette distinction.
Outre les circuits de Papez et de Mischkin dans les processus de mémorisation, d'autres structures interviennent également comme les noyaux de la région septale et le noyau basal de Meynert, le carrefour pariéto-occipital impliqué dans l'attention et la mémoire immédiate, le cortex préfrontal (2).
Au final, le siège des souvenirs n'est pas dans l'une des structures décrites ci-dessus, mais est distribué dans le néocortex, là où ils sont élaborés et il y a de grandes difficultés à attribuer à une structure nerveuse déterminée un rôle mnésique bien défini (2). Le schéma proposé par Signoret et Mishkin résume les éléments décrits (3):
  • les informations atteignent le cortex sensoriel et le cortex associatif, en particulier préfrontal
  • elles sont probablement transmises au système limbique avec son centre hippocampal par l'intermédiaire de l'interface que constitue le cortex limbique (parahippocampique et cingulaire). Cette interface fonctionne dans le rappel.
  • L'hippocampe, intégré dans un vaste système comprenant le cortex préfrontal, la région septale, l'amygdale apportant la coloration affective des souvenirs et l'hypothalamus, permettrait le stockage à court terme et le maintien à long terme de l'information dans le cortex.
  • Le codage, replaçant l'information dans un système d'indexation, serait sous la dépendance de la région septale élargie et surtout du cortex frontal.
  • Le rappel serait le fait du cortex cingulaire et probablement du cortex frontal.

Mémoire procédurale

Les bases de la mémoire procédurale sont très complexes, notamment parce que différents types de mémoire non déclarative pourraient impliquer des parties différentes du système nerveux. Parmi ces structures, une structure des noyaux gris centraux, le striatum joue un rôle important dans l'apprentissage et la mémorisation des procédures et habiletés motrices (1).

Support neuronal et hypothèses cellulaires des processus mnésiques

Représentation physique de la mémoire

La représentation physique de la mémoire s’appelle l’engramme, connu aussi sous le nom de trace mnésique (1). Selon le modèle proposé initialement par Donald Olding Hebb en 1949 (The Organization of Behavior: A Neuropsychological Theory, Wiley, New York, 1949), la représentation mentale d’un objet reposerait sur l’activation simultanée d’un groupe de neurones corticaux activés par le stimulus sensoriel, dénommé assemblée cellulaire (1). Les neurones déchargeant de manière synchrone établiraient des relations préférentielles entre eux et serviraient à la mémorisation de l’objet en question. Par la suite, si un stimulus n’active qu’une fraction des cellules de l’assemblé, toutes les cellules de l’assemblée seraient réactivées, rappelant ainsi la représentation complète de l’objet. L’engramme 1) pourrait être largement distribué entre les connexions qui relient une assemblée de cellules entre elles, et 2) pourrait impliquer les mêmes neurones que ceux qui sont associés à la sensation et la perception. En d’autres termes, les aires corticales supérieures (associatives) qui servent au traitement de l’information sensorielle participeraient également au stockage des souvenirs reposant sur la modalité sensorielle qui les a générés (1).

Bases cellulaires de la mémoire de travail

Les bases cellulaires qui sous-tendent la mémoire de travail ont été décrites par l'équipe de Goldman-Rakic dans les années 90. Le cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL= aires 9 et 46 dans la classification de Brodmann) semble être particulièrement impliqué dans ce processus. En effet, à partir de travaux réalisés chez le singe, cette région serait sollicitée lorsqu'on est amené à manipuler des informations sémantiques ou visuospatiales au cours d'une conversation par exemple.

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Des enregistrements électrophysiologiques de l'activité neuronale, ont été effectués chez le singe éveillé et entraîné sur plusieurs mois à réaliser une tâche cognitivo-motrice impliquant la mémoire de travail.

Au départ, l'animal est assis face à un écran d'ordinateur tactile. Au cours de cette tâche, et après apparition d'un signal d'attention au centre de l’écran (cercle) lui signifiant que l’essai va commencer, 2 cibles carrées situées aux angles de l’écran clignotent pendant un temps très bref,  l'une après l'autre et dans un ordre précis et aléatoire d’un essai à l’autre (cible 1 dans l’angle supérieur gauche de l’écran puis cible 2 dans l’angle supérieur droit dans cet exemple). Alors que les cibles ont disparues, l'animal immobile doit donc mémoriser pendant un délai variable d’un essai à l’autre, l’emplacement et l'ordre dans lequel ces cibles ont clignoté. À l'issue de ce délai de rétention mnésique variable, un nouveau signal apparaît au centre de l’écran (disque vert ici) pour lui signifier qu'il doit pointer à l'emplacement où les cibles ont clignoté et dans le bon ordre. Si l'animal parvient à effectuer correctement la tâche, il reçoit une récompense sous forme de jus de fruits. Au cours de cette tâche, et plus particulièrement au cours du délai de rétention mnésique, les neurones du CPFDL augmentent progressivement leur activité jusqu'à ce que l'animal exécute le premier mouvement. Ce « build-up » d'activité (figure ci-dessous) décrit par les anglo-saxons traduit l'implication de cette région corticale pendant le délai c'est-à-dire pendant que l'animal retient des informations qu'il pourra utiliser ensuite pour effectuer un comportement adapté au contexte dans le but d'obtenir une récompense.

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La figure ci-dessous montre un exemple d’augmentation progressive de l’activité neuronale observée pendant le délai de rétention mnésique (souligné en rouge). Chaque ligne correspond à un essai. Chaque point dans la partie haute de la figure correspond à un potentiel d’action produit par un neurone enregistré dans le CPFDL. G correspond au signal Go (disque vert dans notre exemple). Dans la partie basse de la figure, on représente l’activité neuronale par un histogramme de fréquence. Lorsque la fréquence de décharge en potentiels d’action augmente, les barres d’histogramme sont plus hautes.

Des travaux similaires ont été réalisés chez l'homme en imagerie fonctionnelle. Par la technique du TEP-scan, il a pu être montré que le CPFDL s'activait au cours d'une tâche mettant en jeu la mémoire de travail. Deux grands types de mémoire de travail ont pu être décrits : une mémoire de travail plutôt sémantique, et une mémoire de travail visuospatiale. Ces deux types de mémoire de travail tiennent compte de la nature de l’information qui est manipulée pour réaliser un comportement donné. C'est ainsi qu’une activité plus importante a été notée en regard du CPFDL de l'hémisphère gauche lors d'une tâche de mémoire de travail impliquant des données sémantiques alors que l'hémisphère droit était davantage impliqué au cours d'une tâche de mémoire de travail nécessitant la manipulation d'informations visuospatiales (figure).

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Colonne de gauche, dans la partie haute de la figure, le sujet doit mémoriser l'emplacement de croix sur un écran d'ordinateur. Après un délai de rétention mnésique de 3 sec ici, un cercle apparait sur l'écran. Le sujet doit dire si ce cercle est à l’emplacement de l’une des croix affichées précédemment. L'information qui est maintenu en mémoire de travail pour réaliser cette tâche est une information de nature visuospatiale qui met en jeu principalement le CPFDL de l'hémisphère droit (qui est activé au sein d’un réseau plus largement distribué) chez les sujets droitiers. Dans la partie basse de la figure, toujours colonne de gauche, une tâche contrôle est réalisée. Dans cette situation contrôle les croix restent affichées sur l’écran afin que le sujet n’ait aucun effort de mémorisation à faire. Il doit juste répondre lorsque le cercle entoure l’une des croix affichée. Ainsi, par une analyse en soustraction entre les activités observées pendant la mémoire de travail et les activités enregistrées pendant la tâche contrôle, il est ensuite possible de faire ressortir en imagerie les régions qui ont été impliquées spécifiquement dans la tâche de mémoire de travail.

Colonne de droite, dans la partie haute de la figure, deux formes géométriques sont présentées sur un écran d'ordinateur. Le sujet doit mémoriser ces formes et après un délai de rétention mnésique, une forme géométrique est affichée au centre de l'écran d'ordinateur. Le sujet doit répondre si la forme présentée correspond à l’une des deux formes présentées précédemment. Ceci nécessite la mémorisation d'informations sémantiques traitées par l'hémisphère gauche. La tâche contrôle (partie basse, colonne de droite) consiste ici à laisser affichées sur l'écran d’ordinateur, les deux formes géométriques en même temps que la forme centrale. Il suffit pour le sujet de comparer tout simplement des différentes formes présentes sur l'écran et de dire si la forme centrale correspond bien à l’une des 2 autres formes affichées.

Un modèle cellulaire de mémoire explicite

Les chercheurs Bliss et Lomo ont proposé dans les années 70 un modèle de mémoire explicite en mettant en évidence un phénomène qui a été appelé « Long Term Potentiation ou LTP » ou encore potentialisation à long terme, au niveau de l'hippocampe.

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Ces chercheurs ont travaillé sur des tranches d'hippocampe de rat dont l'organisation est très particulière. L’hippocampe est composé de deux couches cellulaires imbriquées l'une dans l'autre, en forme de fer à cheval (neurones du gyrus denté, neurones de la couche pyramidale). Les informations rentrent par les fibres perforantes (PP) au sein de l'hippocampe en se connectant sur les neurones du gyrus denté (DG). L'axone de ces neurones constitue les fibres moussues (mf) qui vont se connecter à leur tour sur les dendrites des neurones pyramidaux de la corne d'Ammon (CA3). Ces informations sont ensuite acheminées jusqu'aux neurones pyramidaux de CA1 par une collatérale des neurones de CA3 que l'on appelle la collatérale de Schaeffer (Sch). Les axones des neurones de CA1 permettent la sortie des informations de l'hippocampe en direction du fornix.

Dans cette préparation, il est possible d'enregistrer avec des pipettes verre les neurones de CA1 à l'occasion d'une stimulation électrique de la collatérale de Schaeffer. Bliss et Lomo ont montré, que lors d'une stimulation électrique isolée de cette collatérale, ils obtenaient une dépolarisation de la membrane du neurone de CA1 d’une amplitude donnée (réponse initiale sur la partie gauche et basse de la figure). Ils ont constaté qu’une stimulation électrique de la collatérale de Schaeffer avec des trains à fréquence élevée (10 à 100 Hz) pouvait modifier la réponse à un stimulus isolé survenant ultérieurement. En effet, après stimulation répétitive (partie droite et basse de la figure), la stimulation dans les mêmes conditions qu’avant stimulation répétitive (stimulus isolé de même intensité), entraînait une réponse d’amplitude plus importante et qui pouvait persister plusieurs heures. Ils ont appelé ce phénomène «la LTP ».

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Les mécanismes qui sous-tendent cette LTP sont encore discutés mais ils feraient intervenir l'activation d'une protéine kinase-C (PKC) au niveau du neurone post-synaptique (neurones pyramidaux de CA1). Dans la figure ci-dessous, on note l'arrivée de la collatérale de Schaeffer sur le neurone CA1.

Au niveau de la membrane du neurone de CA1, il existe deux types de récepteurs au glutamate: les récepteurs AMPA et les récepteurs NMDA. Les récepteurs AMPA sont des récepteurs canaux perméables au sodium, les récepteurs NMDA sont des récepteurs canaux perméables au calcium. Le glutamate libéré par les collatérales de Schaeffer agirait sur ces deux types de récepteurs avec comme premier effet (1) l’activation des récepteurs AMPA qui grâce au flux entrant de sodium dans le neurone de CA1 entraînerait une dépolarisation membranaire qui est nécessaire à l'activation des récepteurs NMDA. En effet, lorsque le glutamate est fixé sur ces dernier, ils ne s'ouvriront que si la membrane est au préalable dépolarisée (2) ce qui permet l'expulsion du magnésium qui obstrue le pore du canal. Dans ces conditions, le calcium peut alors rentrer dans la cellule pour activer la PKC qui viendra phosphoryler les récepteurs AMPA et maintenir la dépolarisation membranaire pendant une durée prolongée. Le tout aboutit à une libération accrue de neurotransmetteurs et donc une potentialisation à long terme de la transmission synaptique entre les collatérales de Schaeffer et les neurones de CA1.

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La dépression à long terme ou Long Term Depression (LTD) est un phénomène participant au processus de mémoire et qui met en jeu l'activation de phosphatases. Des expériences réalisées toujours sur le même type de préparation d'hippocampe montre qu'après une stimulation à basse fréquence (3 Hz-LFS pour Low Frequency Stimulation - partie gauche de la figure ci-dessous), la transmission synaptique va diminuer comme en atteste la diminution de l'amplitude de la dépolarisation de la membrane du neurone post-synaptique (diminution des PPSE - potentiels post-synaptiques excitateurs - figure ci-dessous-2).

La stimulation à basse fréquence entraînerait une augmentation lente de calcium au niveau de la membrane post-synaptique via les récepteurs NMDA. Cette augmentation lente serait responsable de l'activation de phosphatases à l'origine d'une diminution de la densité des récepteurs AMPA et probablement de l’efficience fonctionnelle de ces récepteurs canaux qui pourraient expliquer une diminution de la transmission synaptique (dépression de la transmission à long terme).

Un modèle cellulaire de mémoire procédurale

Comme cela a été signalé lorsque nous avons abordé la théorie de Hebb sur les connexions intercellulaires, on comprend mieux que la modulation des connexions intercellulaires est importante dans les processus de mémorisation. La modulation de ces connexions peut se faire dans les 2 sens c’est-à-dire dans le sens d’une augmentation du transfert d'informations au niveau synaptique (on parlera ici de potentialisation à long terme ou Long Term potentiation: LTP) mais cette modulation peut également se concevoir dans le sens d'une diminution dans le transfert d'informations dans certaines synapses au sein d'un réseau (on parlera ici plutôt de dépression à long terme ou Long Term Depression: LTD).

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Le processus d'habituation est un exemple de réduction de la réponse comportementale à des stimuli répétés. Pour expliquer cela, des travaux ont été réalisés chez l’Aplysie, une limace de mer. L'avantage de cet animal et qu'il possède un système sensoriel et moteur relativement simplifiés. En effet, il possède au niveau de la partie charnue dorsale d'un organe sensoriel qu’on appelle le siphon et qui va être sensible à la pression que l’eau peut exercer dessus. En regard de ce siphon il existe un muscle que l'on appelle l’ouïe, et qui capable de se contracter de façon réflexe en fonction de la pression exercée sur le siphon. (Figure)





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Ainsi, lorsqu'un jet d'eau est appliqué de façon répétitive mais avec une pression constante au niveau du siphon, l’amplitude de contraction de l’ouïe va diminuer au fur et à mesure des stimulations.
Ce phénomène peut s'expliquer de la façon suivante : le dispositif neuronal simplifié chez cet animal avec un neurone sensoriel dit pré synaptique qui est relié au siphon. Ce neurone sensoriel est articulé de façon mono synaptique à un neurone moteur dit post-synaptique qui est connecté au muscle de l’ouïe.




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Les enregistrements cellulaires montrent des variations du potentiel de membrane du neurone sensoriel qui ont toujours la même amplitude étant donné que la pression exercée à chaque stimulation reste la même (partie haute de la figure). Par contre sur les enregistrements du neurone moteur (partie basse de la figure), l’amplitude de la dépolarisation membranaire diminue progressivement ce qui aura comme effet de diminuer de l'amplitude de la contraction musculaire. Cette diminution d'amplitude de la dépolarisation membranaire enregistrée au niveau post synaptique est corrélée à la diminution de l'amplitude de contraction du muscle de l’ouïe. On peut donc imaginer qu'il s'est passé un phénomène particulier au niveau de la synapse entre le neurone sensoriel et le neurone moteur.




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Sur la figure ci-dessous, qui représente la terminaison axonale du neurone sensoriel, on note qu’une quantité précise de neurotransmetteurs est libérée lors de l'application d’un jet d'eau sur le siphon grâce à l’entrée de calcium par les canaux calciques voltage dépendant pré synaptiques (partie gauche de la figure).

La stimulation répétitive schématisée par les multiples flèches vertes entraîne une inactivation des canaux calciques au niveau pré synaptique réduisant ainsi de façon proportionnelle la quantité de neurotransmetteur sécrété (partie droite de la figure). L'hypothèse qui est avancé ici serait que des stimulations répétitives entraîneraient l’activation de protéine-kinases au niveau du neurone sensoriel, ces dernières étant responsables d'une phosphorylation des canaux calciques avec réduction de la conductance de ces canaux à l’origine d’une diminution du relargage des neurotransmetteurs. Il existe donc bien dans ce modèle une réduction de la transmission du message entre le neurone sensoriel et le neurone moteur qui explique la réduction d’amplitude de la contraction musculaire suite à des stimulations sensorielles itératives. Cette modification du transfert d'informations au niveau synaptique est considérée comme une modulation de l'efficience de cette synapse (plasticité synaptique), donc comme un phénomène pouvant s'apparenter un processus de mémorisation.

L’amnésie

Normal et inévitable, l’oubli est un fait aussi courant que l’apprentissage dans la vie quotidienne. Quelques maladies ou lésions cérébrales entraînent une perte de mémoire et/ou de l’aptitude à apprendre dénommée amnésie. Les chocs, l’éthylisme chronique, certaines encéphalites, tumeurs cérébrales et accidents vasculaires cérébraux peuvent interférer avec les processus mnésiques (1). La perte de mémoire peut classiquement se manifester de deux façons: soit une amnésie rétrograde soit une amnésie antérograde. En général toutefois, les cas cliniques présentent souvent un mélange d’amnésie antérograde et rétrograde, avec différents degrés de gravité (1).
  • L’amnésie rétrograde est la perte de souvenirs acquis avant la lésion ou le traumatisme cérébraux. Le plus souvent les évènements des mois ou années antérieurs à la lésion/traumatisme sont oubliés (mémoire déclarative) mais la mémoire des évènements plus anciens est beaucoup mieux préservée. Ces effets gradués sur les souvenirs récents ou plus anciens renvoient vraisemblablement à différentes formes possibles de stockage de ces souvenirs (1).
  • L’amnésie antérograde correspond à l’impossibilité de retenir de nouvelles informations après la lésion. Dans les formes sévères d’amnésie antérograde, le sujet est parfois incapable d’apprendre quoi que ce soit de nouveau, et dans les formes moins sévères, l’apprentissage est plus lent et la tâche doit être répétée pus souvent (1).
  • L’amnésie globale transitoire est une autre forme d’amnésie qui ne dure que peu de temps. Elle correspond à la survenue brutale d’un épisode d’amnésie antérograde qui ne dure que quelques minutes ou quelques jours, associée à une amnésie rétrograde pour les évènements récents précédant cet épisode. Pendant cette courte période, la personne peut paraître désorientée et poser répétitivement la même question. Toutefois, les mesures de l’empan de la mémoire de travail montrent que celle-ci est normale. Bien que son mécanisme ne soit pas bien connu, ce type d’amnésie est le plus souvent lié à une brève ischémie cérébrale dans les structures essentielles pour l’apprentissage et la mémoire ou au choc sur la tête consécutif à un traumatisme crânien mais des cas liés à un stress excessif, l’usage de drogues, des douches froides ou aux relations sexuelles ont été rapportés (1).

Evaluation initiale de la mémoire en clinique (Dr Anne Salmon et Dr Serge Belliard, Service de Neurologie, CHU de Rennes, 2018)

Mémoire épisodique
  • Demander la date précise, le jour de la semaine
  • Si possible, examiner comment le patient a retenu les informations personnelles récentes (emploi du temps de la veille, repas de la veille, quand a-t-il vu ses enfants ou ses parents pour la dernière fois, et circonstances de cette dernière rencontre). Il faut pour cela bénéficier d'un contrôle par un proche qui pourra valider les dires du patient, d'où l'importance d'un proche pendant l'évaluation de la mémoire. Pour les patients hospitalisés, poser des questions sur les examens pratiqués récemment, les visites de la journée... L'important est d'obtenir des détails précis que l'on est capable de valider sur un événement récent.
  • Faire apprendre pendant la consultation de nouvelles informations au patient et contrôler à distance ce qu'il a retenu: liste de mots (exemple des 5 mots de DUBOIS), d'images ou 3 objets présents dans la pièce et que l'on cache. Toujours exécuter une tâche d'interférence de quelques minutes avant d'examiner le rappel des informations.
Mémoire sémantique

La mémoire sémantique est généralement beaucoup plus solide et peu perturbée. En pratique, on l'examine en demandant au patient de définir le plus précisément possible des noms propres et des noms communs peu fréquents (que savez-vous sur le kangourou, l'hippopotame... qui est Claude François, Michel Platini…)