Study sheds light on structural features of memory formation at cellular and subcellular levels
March 20, 2025
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Jeudi 20 mars 2025
Une étude financée par le NIH utilise des techniques d’imagerie de pointe pour reconstruire les caractéristiques sous-jacentes à l’apprentissage et à la mémoire dans le cerveau de la souris.
Cette image montre une vue 3D d’un bouton multisynaptique atypique, une caractéristique structurelle des engrammes de mémoire. Laboratoire Maximov à Scripps Research
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Dans une étude financée par les National Institutes of Health (NIH), des chercheurs ont révélé les fondements structurels de la formation de la mémoire à travers un vaste réseau de neurones dans le cerveau de la souris. Ces travaux mettent en lumière la nature fondamentalement flexible de la façon dont les souvenirs sont créés, en détaillant les changements liés à l’apprentissage aux niveaux cellulaire et subcellulaire avec une résolution sans précédent. Comprendre cette flexibilité peut aider à expliquer pourquoi les processus de mémoire et d’apprentissage tournent parfois mal.
Les résultats, publiés dans Science, ont montré que les neurones assignés à une trace mnésique réorganisaient leurs connexions avec d’autres neurones via un type de connexion atypique appelé bouton multisynaptique. Dans un bouton multisynaptique, l’axone du neurone relayant le signal d’information contacte plusieurs neurones qui reçoivent le signal. Selon les chercheurs, les boutons multisynaptiques pourraient permettre la flexibilité cellulaire du codage de l’information observée lors de recherches antérieures.
Les chercheurs ont également constaté que les neurones impliqués dans la formation de la mémoire n’étaient pas préférentiellement connectés les uns aux autres. Cette découverte remet en question l’idée selon laquelle « les neurones qui s’activent ensemble se connectent ensemble », comme le prédirait une théorie traditionnelle de l’apprentissage.
De plus, les chercheurs ont observé que les neurones assignés à une trace mnésique réorganisaient certaines structures intracellulaires qui fournissent de l’énergie et soutiennent la communication et la plasticité des connexions neuronales. Ces neurones présentaient également des interactions améliorées avec des cellules de soutien appelées astrocytes.
En utilisant une combinaison d’outils génétiques avancés, de microscopie électronique 3D et d’intelligence artificielle, les scientifiques de Scripps Research Marco Uytiepo, Anton Maximov, Ph.D., et leurs collègues ont reconstruit un schéma de câblage des neurones impliqués dans l’apprentissage et identifié des changements structurels de ces neurones et de leurs connexions aux niveaux cellulaire et subcellulaire.
Cette image montre une reconstruction 3D à l’échelle nanométrique assistée par IA des synapses neuronales dans l’hippocampe de la souris.Laboratoire Maximov à Scripps Research
Pour examiner les caractéristiques structurelles associées à l’apprentissage, les chercheurs ont exposé des souris à une tâche de conditionnement et ont examiné la région de l’hippocampe du cerveau environ 1 semaine plus tard. Ils ont choisi ce moment dans le temps car il se produit après que les souvenirs sont d’abord codés mais avant qu’ils ne soient réorganisés pour le stockage à long terme. Grâce à des techniques génétiques avancées, les chercheurs ont marqué de manière permanente des sous-ensembles de neurones hippocampiques activés pendant l’apprentissage, ce qui a permis une identification fiable. Ils ont ensuite utilisé la microscopie électronique 3D et des algorithmes d’intelligence artificielle pour produire des reconstructions à l’échelle nanométrique des réseaux neuronaux excitateurs impliqués dans l’apprentissage.
Cette étude offre une vue d’ensemble des caractéristiques structurelles de la formation de la mémoire dans une région du cerveau. Elle soulève également de nouvelles questions à explorer. De futures études seront cruciales pour déterminer si des mécanismes similaires opèrent à différents moments et dans différents circuits neuronaux. De plus, des recherches plus approfondies sur la composition moléculaire des boutons multisynaptiques sont nécessaires pour déterminer leur rôle précis dans la mémoire et d’autres processus cognitifs.
Cette recherche a été financée par le National Institute of Mental Health, le National Institute of Neurological Disorders and Stroke et l’initiative BRAIN® (Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies ® Initiative) des NIH.Who
Jamie Driscoll, Institut national de la santé mentale et Dr Eunyoung Kim, Institut national de la santé mentale
Study
Uytiepo, M., Zhu, Y., Bushong, E., Chou, K., Polli, FS, Zhao, E., Kim, K.-Y., Luu, D., Chang, L., Yang, D., Ma, TC, Kim, M., Zhang, Y., Walton, G., Quach, T., Haber, M., Patapoutian, L., Shahbazi, A., Zhang, Y., … Maximov, A. (2025). Architecture synaptique d’un engramme de mémoire dans l’hippocampe de la souris.
Science .http://www.science.org/doi/10.1126/science.ado8316 Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies® et The BRAIN Initiative® sont des marques déposées du HHS.
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