Les Neuroscientifiques cherchent une explication plus complète sur la façon dont le cerveau forme les souvenirs

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Article de William Brown, biophysicien à la RSF, le 5 Juillet 2017

Le paradigme neuro-informatique est le modèle prédominant pour expliquer le fonctionnement cognitif du cerveau ; la génération des qualia¹ subjectifs ou états de conscience, des expériences phénoménologiques, ou encore les processus d’apprentissage et de mémorisation. Comme son nom l’indique, le modèle neuro-informatique est basé sur la théorie que le cerveau se comporte comme un ordinateur et que, par conséquent, l’activité mentale découle de l’activité des neurones, ou plus spécifiquement des connexions synaptiques entre eux.

Ce modèle standard de la biologie cognitive fait face à de nombreux défis afin d’expliquer, de manière viable et cohérente, les mécanismes par lesquels la conscience, particulièrement le phénomène de libre arbitre, émergerait d’un comportement de type informatique. Ces difficultés ont amené certains scientifiques, dont l’un des plus célèbres, le physicien Roger Penrose (récemment couronné du prix Nobel de Physique pour son interprétation de la naissance de l’univers), à affirmer qu’un comportement inhérent à l’activité neuronale opèrerait au-delà d’un programme purement informatique, notamment dans la génération de la perception et de la cognition.

Nombres de ces théories avancées postulent que le comportement inhérent qui correspond à l’apprentissage et à la mémorisation a lieu à l’intérieur même des neurones au niveau moléculaire, impliquant donc des composants du système cellulaire supramoléculaire pouvant réaliser des opérations de traitements d’information bien supérieures aux potentialisations des synapses seules (la transformation des synapses ou plasticité synaptique, correspondant à l’apprentissage et la mémorisation). Le travail du physicien Nassim Haramein et alii présenté dans la publication Le Réseau d’Espace-Mémoire Unifié propose une telle théorie. Cette théorie explique comment la physique et les dynamiques supramoléculaires des cellules produisent les phénomènes tels que la conscience, l’expérience subjective, les qualia mentaux, et la mémoire.

Une nouvelle étude publiée cette semaine dans le journal Neuron examine les limites de la plasticité synaptique dans les opérations d’apprentissage et de mémorisation du modèle neuro-informatique. La publication soutient que si la plasticité synaptique établit la carte de la connectivité entre les neurones corrélés avec la formation d'un souvenir, elle ne suffit pas à rendre compte de tous les aspects de l'apprentissage. Un deuxième processus, appelé "plasticité intrinsèque", des changements dans l'intensité de l'activité des neurones au sein même d'un circuit de connectivité, joue également un rôle important.

« La plasticité synaptique ne rend pas entièrement compte de la complexité des mécanismes d’apprentissage que nous connaissons à ce jour », a déclaré Dr Christian Hansel, professeur de neurobiologie et auteur senior de ce nouvel article. « Il y avait des éléments manquants, mais avec l’introduction de la plasticité intrinsèque, tout d’un coup, cela décrit un système bien plus dynamique qu’on ne le pensait. »

Dans des études récentes utilisant les outils optogénétiques, permettant aux scientifiques de contrôler l'activité des neurones via la lumière, les chercheurs ont pu suivre les mécanismes de stockage et de récupération de la mémoire à partir des cellules du cerveau. Les outils optogénétiques offrent aux scientifiques un aperçu de l'activité du cerveau dans son ensemble, même chez les animaux vivants. Ces nouvelles études montrent comment les neurones individuels et les groupes de neurones travaillent ensemble pendant les processus de mémorisation et d'apprentissage, souvent sans qu'il soit nécessaire de modifier les connexions synaptiques.

Par exemple, la plasticité synaptique repose sur un conditionnement répété pour développer des connexions plus fortes entre les cellules, ce qui signifie qu'un animal doit faire l'expérience de quelque chose plusieurs fois pour apprendre et former un souvenir. Mais, bien sûr, nous apprenons aussi à partir d'expériences uniques et brèves qui ne déclenchent pas nécessairement de changements dans les synapses, ce qui signifie qu'un autre processus d'apprentissage, plus rapide, a lieu.

Les auteurs citent plusieurs études montrant que la plasticité intrinsèque est un mécanisme quasi instantané dont le seuil de déclenchement est probablement plus bas, qui nécessite moins de répétition de l’expérience. Ainsi, elle pourrait être plus appropriée pour un apprentissage rapide résultant d'expériences uniques, au lieu du processus lent et adaptatif impliqué dans la plasticité synaptique.

(1) Un qualia définit l’ensemble de ce que l’on ressent lorsqu’on perçoit ou ressent quelque chose, c’est l’expérience subjective, intérieure individuelle ou collective.

Article original (en anglais) : https://www.resonancescience.org/blog/Neuroscientists-Call-For-More-Comprehensive-View-of-How-Brain-Forms-Memories

En savoir plus (en anglais) : http://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(17)30459-2?_returnURL=http%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0896627317304592%3Fshowall%3Dtrue

     

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