Peurs déverrouillées : Un voyage neuroscientifique dans la mémoire et le comportement.

Des neuroscientifiques de l'Université de Boston ont découvert que les souvenirs de peur chez les rongeurs entraînent des comportements différents selon la taille de l'environnement. Cette étude, qui implique l'activation optogénétique d'empreintes de peur, offre de nouvelles perspectives sur l'adaptabilité des réponses à la peur et les traitements potentiels des troubles liés à la peur. Crédit : SciTechDaily.com

Dans de nouvelles recherches, le neuroscientifique Dr Steve Ramirez de l'Université de Boston et ses collaborateurs examinent la nature dynamique des réponses à la peur dans des environnements variés et leurs impacts.

Dans un monde confronté aux complexités des troubles de santé mentale tels que l'anxiété, la dépression et le stress post-traumatique, une nouvelle recherche du neuroscientifique Dr Steve Ramirez de l'Université de Boston et ses collaborateurs offre une perspective unique. L'étude, récemment publiée dans le Journal of Neuroscience, explore la relation complexe entre les souvenirs de peur, la fonction cérébrale et les réponses comportementales. Dr Ramirez, ainsi que ses co-auteurs Kaitlyn Dorst, Ryan Senne, Anh Diep, Antje de Boer, Rebecca Suthard, Heloise Leblanc, Evan Ruesch, Sara Skelton, Olivia McKissick et John Bladon, explorent le concept insaisissable des empreintes de peur, éclairant ainsi la manifestation physique de la mémoire dans le cerveau. Comme le souligne Ramirez, l'initiative a été dirigée par Dorst et Senne, le projet servant de pierre angulaire pour le doctorat de Dorst.

Au-delà de ses implications en neurosciences, leurs recherches marquent des avancées significatives dans la compréhension de la formation de la mémoire et offrent des promesses pour améliorer notre compréhension des différentes réponses comportementales dans différentes situations, avec des applications potentielles dans le domaine de la santé mentale. Dans cette Q&R, le Dr Ramirez discute des motivations, des défis et des principales découvertes de l'étude.

Dr Steve Ramirez. Crédit : Photo gracieuseté de Steve Ramirez

Qu'est-ce qui vous a motivé, vous et vos collaborateurs de recherche, à étudier l'influence des souvenirs de peur sur le comportement dans différents environnements ?

La première chose est que les souvenirs de peur sont l'un des types de mémoire les plus, sinon le plus, étudié chez les rongeurs. C'est quelque chose qui nous donne une mesure de comportement quantitative et mesurable. Ainsi, lorsque l'animal est dans un état de peur, nous pouvons commencer à observer comment son comportement a changé et marquer ces changements de comportement comme un indice de la peur. Les souvenirs de peur en particulier sont notre point de départ car ils donnent lieu à certains comportements stéréotypés chez les animaux, tels que l'immobilisation, qui est l'une des nombreuses façons dont la peur se manifeste comportementalement chez les rongeurs.

C'est donc un angle. Le deuxième angle est que la peur est un élément central de plusieurs états pathologiques dans le cerveau. Cela inclut probablement surtout le SSPT, mais aussi l'anxiété généralisée, par exemple, et même certains aspects de la dépression. Il existe donc un lien très direct entre un souvenir de peur et sa capacité à évoluer ou à régresser en un état pathologique tel que le SSPT. Cela nous donne également un aperçu de ce qui se passe dans ces cas-là. Nous avons étudié la peur car nous pouvons la mesurer de manière prévisible chez les rongeurs et elle a une pertinence translationnelle directe dans les troubles impliquant des réponses de peur dysrégulées.

Pouvez-vous expliquer ce que sont les empreintes de peur et comment vous les avez réactivées dans l'hippocampe en utilisant l'optogénétique ?

Une empreinte est un terme évanescent qui signifie généralement la manifestation physique de la mémoire. Ainsi, quelle que soit l'identité physique de la mémoire dans le cerveau, c'est ce que nous appelons une empreinte. L'architecture globale dans le cerveau qui soutient le processus de construction de la mémoire. Je dis évanescent car nous ne savons pas vraiment à quoi ressemble pleinement la mémoire dans le cerveau. Et nous ne savons certainement pas à quoi ressemble une empreinte. Mais nous avons des indices, des pointes de l'iceberg, si l'on peut dire, que nous avons pu étudier ces dix dernières années en utilisant des outils de pointe en neurosciences.

Dans notre laboratoire, nous avons fait beaucoup de progrès dans la visualisation des substrats physiques des souvenirs dans le cerveau. Par exemple, nous savons qu'il existe des cellules à travers le cerveau. Il s'agit d'un phénomène tridimensionnel réparti dans tout le cerveau, mais il y a des cellules dans tout le cerveau qui sont impliquées dans la formation d'un souvenir donné, tel qu'un souvenir de peur, et il y a des régions du cerveau qui sont particulièrement actives pendant la formation d'un souvenir.

Quels ont été les principales découvertes sur le comportement d'immobilisation dans des environnements plus petits par rapport à des environnements plus grands lors de la réactivation de la mémoire de la peur ?

Heureusement, cela est assez clair, et la science est souvent tout, sauf claire. Tout d'abord, si nous réactivons ce souvenir de peur lorsque les animaux se trouvent dans un petit environnement, ils vont par défaut s'immobiliser, rester sur place. C'est sans doute une réaction adaptative afin d'éviter la détection par une menace potentielle. Nous pensons que le cerveau a calculé la possibilité de s'échapper de cet environnement. Peut-être que ce n'est pas possible. Alors je vais m'asseoir dans un coin, rester vigilant et essayer de détecter toute menace potentielle. Ainsi, le comportement se manifeste par l'immobilisation.

La partie intéressante, c'est que dans le même animal, si nous réactivons les mêmes cellules qui ont conduit à la congélation dans le petit environnement, tout est exactement pareil : les cellules que nous activons, le souvenir de peur auquel elles correspondent, etc. Mais si nous faisons cela dans un grand environnement, alors tout disparaît. Les animaux ne se figent plus. En fait, un répertoire différent de comportements émerge. Fondamentalement, ils commencent à faire d'autres choses, qui ne sont tout simplement pas se figer, et c'était notre première conclusion : lorsqu'on réactive le souvenir de peur dans le petit environnement, ils se figent ; quand on le fait dans le grand environnement, ils ne se figent pas.

La découverte intéressante pour nous est que cela signifie que ces cellules de mémoire de peur ne sont pas prédisposées à produire exactement la même réponse à chaque réactivation. À un moment donné, le cerveau détermine : "Je me souviens d'une peur et maintenant je dois trouver la réponse la plus adaptative".

Y a-t-il eu des défis ou des obstacles rencontrés pendant le processus de recherche, et comment les avez-vous surmontés ?

Il y en a eu quelques-uns. Tout d'abord, le comportement, paradoxalement, a été raisonnablement simple à reproduire et à réaliser encore et encore, de sorte que nous étions convaincus qu'il y avait une part de vérité là-dedans. Dans la deuxième moitié de l'étude, et celle qui prend probablement le plus de place dans l'article, a été de comprendre ce qui se passe dans le cerveau pour expliquer cette différence. Comme nous l'avons observé, les animaux se figent lorsque nous activons artificiellement un souvenir dans un petit environnement, et ils ne se figent pas dans le grand environnement. Mais nous activons les mêmes cellules. Alors, qu'est-ce qui est différent dans l'état du cerveau de l'animal ? Quel est l'état du cerveau de l'animal lorsque nous réactivons ce souvenir dans le petit environnement par rapport au grand environnement ? De toute évidence, cela se manifeste par des comportements totalement opposés - se figer ou ne pas se figer.

Ainsi, nous voulions savoir ce qui se passe dans le cerveau dans ces deux conditions différentes. Cela nous a conduit dans un labyrinthe de plusieurs années à essayer de cartographier les schémas d'activité dans tout le cerveau, en stimulant ces souvenirs dans ces environnements de tailles différentes. Nous avons utilisé toute une série de technologies où nous examinions le cerveau - nous pouvons en réalité rendre le cerveau complètement transparent - afin de pouvoir prendre des microscopes sophistiqués et observer le cerveau en trois dimensions. Pensez-y comme une IRM cellulaire pour les rongeurs. Nous avons créé ces cartes cérébrales globales de ce qui se passe dans le cerveau lorsque nous stimulons un souvenir. Ensuite, nous nous sommes demandé comment cette carte du cerveau dans le petit environnement se compare à celle du cerveau lorsque nous activons le souvenir dans le grand environnement.

En bref, il y a des similitudes et des différences. Il y a certaines parties du cerveau qui sont toujours actives lorsque nous stimulons un souvenir, indépendamment de l'environnement dans lequel se trouvent les animaux. Mais il y a d'autres parties qui sont actives uniquement dans le grand environnement ou seulement lorsque nous faisons l'expérience dans le petit environnement. C'est intéressant car cela nous permet de savoir que les zones qui ne sont pas communes aux deux pourraient être celles qui sont réellement importantes pour médier la décision du cerveau de se figer ou de ne pas se figer. Cependant, ce processus a été difficile car il nécessitait beaucoup de savoir-faire technique, comme rendre les cerveaux transparents et les imager en trois dimensions au niveau cellulaire.

Comment les connaissances issues de cette recherche pourraient-elles être appliquées ou développées à l'avenir, notamment dans le contexte de la compréhension et du traitement des troubles liés à la peur ?

Le contexte est clairement important. Un exemple comparable est que deux personnes peuvent ressentir le même niveau d'anxiété, mais la raison profonde de cette anxiété peut être totalement différente pour les deux personnes. Les façons dont l'anxiété affecte leur comportement peuvent également être très différentes. Une personne peut faire les cent pas dans la pièce, tandis que l'autre est juste assise et perdue dans ses pensées. La même faculté de cognition peut apparaître de deux manières très différentes dans sa manifestation. Dans ce cas, nous pensons que c'est la même chose avec les souvenirs de peur - leur manifestation dépendra de ce que l'animal vit. Peut-être que chez les personnes, la manière dont un souvenir donné se manifeste dépendra également du contexte, comme qui est là, quoi, où, pourquoi, etc.

So that’s one angle, but I think that the more direct relevance is that we’ve known for a decade that these cells in the hippocampus are enough to jumpstart a memory when we reactivate them. But then there’s the question of, what happens if we reactivate them, and we change up more than just the environment size? If we activate a fear memory, but while an animal is with his rodent buddies in the cage, will that change how that fear memory manifests differently?

In that sense, we hope it gives more of a roadmap on what these experiments can look like, and really build off the idea that we can activate memories and chart out what’s happening throughout the brain in three dimensions. We can use that to try to continue this scavenger hunt of finding targets in the brain for mitigating fear responses.

In terms of broader implications, how could the findings of this study contribute to our understanding of the relationship between memory, brain function, and behavioral responses in various situations?

The biggest take home is that the brain processes a lot of information before a memory is translated into action. I think that for me, one of the most important points is that a thought–and I’m using thought and memory here interchangeably–particularly one linked to a memory, will make us feel all sorts of things associated with that memory. Again, it could be a positive memory, it could be a negative memory, and everything in between, but it doesn’t have to appear the same way. I think it’s a really important point for people to understand, because it serves as a reminder that the process of turning thought into action varies across individuals and what they are experiencing in real time.

Let’s say I was sitting in front of you right now. I could go through the most euphoric memories that I have and the dimmest darkest memories that I have — go through the whole spectrum of emotion from happiness, gleefulness and euphoria to somber, pensive, or sad, the works. But, I could go through all of that without ever really batting an eye, and you would never really know that those are the thoughts that I’m having unless I somehow volunteer that information. But the other thing to consider would be, maybe there’s subtle things happening underneath the hood here that we could pick up on. Maybe when I’m thinking about sad memories I slouch a little bit more, my pupils dilate, or I sweat a little bit more.

Whereas when I recall positive memories, maybe I kind of chipper up a bit, my posture is better, my pupils dilate another way, and my heart rate goes up. There’s other not so obvious metrics for reading out a memory that I think can be used. Ultimately, I hope that this research at least inspires people to dive a bit more deeply into what’s really going on and learn how our memories are ultimately leading to an action. I want to understand the magic that’s happening, and I hope that the study helped unpack a little bit of that magic.