L'étude explore l'activité de populations distinctes d'interneurones dans l'hippocampe d'une souris pendant la consolidation de la mémoire.

4 mai 2023 fonctionnalité

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par Ingrid Fadelli, de Medical Xpress

L'hippocampe est une région clé du cerveau des mammifères qui a été découverte être impliquée dans la formation de souvenirs épisodiques. Ce sont des souvenirs à long terme d'événements ou d'expériences qui peuvent être consciemment rappelés et mentalement revécus, tels que des souvenirs d'une fête d'anniversaire particulièrement mémorable, de vacances, et ainsi de suite.

Fondamentalement, l'hippocampe est connu pour soutenir la « conversion » de nos expériences de vie en souvenirs épisodiques que nous pouvons rappeler consciemment pendant longtemps. Des études passées en neurosciences ont montré que ce processus de consolidation de la mémoire, ainsi que la capacité à apprendre des expériences passées, est influencé par la génération d'oscillations électrophysiologiques dans l'hippocampe, appelées ondes de pointe-ondulations (SWR).

Récemment, des chercheurs de l'université Columbia ont cherché à mieux comprendre comment des populations spécifiques d'interneurones (c'est-à-dire des neurones locaux qui inhibent généralement les neurones pyramidaux excitatoires dans les structures corticales) régulent la consolidation et l'apprentissage de la mémoire alors que les animaux sont activement engagés dans des activités. Leur article, publié dans Nature Neuroscience, caractérise l'activité des interneurones dans deux régions de l'hippocampe lorsque les souris se déplacent dans leur environnement environnant et que leur cerveau forme de nouveaux souvenirs.

« Après la formation des souvenirs, ils doivent être consolidés ou ils disparaîtront », a déclaré Tristan Geiller, l'un des chercheurs ayant mené l'étude, à Medical Xpress. « Il existe des preuves écrasantes que la consolidation de la mémoire se produit lors d'événements de l'ordre de centaines de millisecondes, appelés SWR. L'une des plus grandes questions de longue date dans notre domaine concerne l'identification de ce qui déclenche ces événements SWR. Au fil des ans, les interneurones inhibiteurs ont été posés comme un élément de circuit majeur prenant en charge la génération de SWR, mais il est notoirement difficile d'enregistrer expérimentalement l'activité de ces cellules chez des animaux éveillés et en train de se comporter et de tester cette hypothèse. »

Alors que d'autres équipes de recherche ont examiné l'activité des interneurones dans le passé, la plupart de leurs efforts se sont concentrés sur des rongeurs sous anesthésie ou ont utilisé des techniques peu performantes sur des rongeurs en mouvement. Dans leurs expériences récentes, Geiller et ses collègues ont cherché à examiner l'activité des interneurones dans les régions CA3 et CA2 de l'hippocampe de la souris lorsque les animaux étaient éveillés et en mouvement, en utilisant une nouvelle méthode introduite dans leur travail précédent.

Il existe différents types d'interneurones dans le cerveau, chacun caractérisé par des formes, des modèles d'activité et des signatures moléculaires distinctes. En plus d'explorer le lien possible entre l'activité des interneurones et les événements SWR, la communauté des neurosciences devra donc également déterminer si certains types d'interneurones sont plus impliqués dans ce processus de consolidation de la mémoire que d'autres.

« Il y a quelques années, mon collègue et moi avons développé une méthode pour enregistrer l'activité de grandes populations d'interneurones, ce qui a été notoirement difficile dans le passé, mais aussi pour identifier moléculairement la classe d'interneurones que nous avons enregistrée », a expliqué Geiller. « Il s'agit d'une approche en deux étapes, basée sur un type de microscopie de fluorescence non conventionnel et combiné avec un marquage basé sur l'immunohistochimie. »

Dans leurs expériences, Geiller et ses collègues ont essentiellement entraîné des souris adultes à effectuer une tâche d'apprentissage spatial qui a été précédemment trouvée pour produire de l'activité dans l'hippocampe et inciter la consolidation de la mémoire. Pendant que les souris accomplissaient cette tâche, ils ont examiné l'activité des interneurones dans les régions CA3 et CA2 de l'hippocampe en utilisant leur méthode basée sur la microscopie récemment développée.

Cette méthode a permis aux chercheurs de caractériser l'activité et les réponses de différents sous-types d'interneurones pendant que les souris formaient de nouveaux souvenirs et que des SWR étaient générés dans leur cerveau. Par exemple, ils ont constaté que les interneurones exprimant la protéine cholécystokinine étaient moins actifs avant que les SWR ne se produisent, tandis que les interneurones exprimant la protéine parvalbumine étaient très actifs après les oscillations SWR.

« Récemment, il a été démontré que non seulement les SWR sont importants pour la consolidation de la mémoire, mais que la durée des SWR peut être prédictive de la facilité avec laquelle un animal se souvient, ou plutôt nous devrions dire "la vitesse à laquelle un animal apprend' », a déclaré M. Geiller.

'Our paper suggests that the activity of cholecystokinin (CCK)-expressing interneurons (a class of interneurons) in the CA3 region of the hippocampus (where SWR are thought to originate) decreases just before SWR events, and that the magnitude of this decrease is associated with how long the SWR will be. Similarly, we found that parvalbumin (PV)-expressing basket interneurons activity is associated with the termination of SWR events, and reflective of how long the SWR was.'

The recent work by this team of researchers sheds new light on the activity of specific types of interneurons in the hippocampus before, during and after the generation of SWRs, thus contributing to the understanding of memory consolidation and learning processes. In the future, it could pave the way for further studies looking at how distinct interneuron populations influence and regulate learning related SWRs.

'In our next studies we plan to leverage the genetic specificity of these interneuron classes and to manipulate them in a temporally controlled manner with optogenetics,' Geiller added.

'We want to test whether we can artificially increase the duration of SWR events and consequently improve learning in mice. However, we know that CCK and PV interneurons are only one element of the circuit mediating SWR generation. Previous work has also implicated neuromodulation and other subcortical nuclei with this process, so it may be a long time until we fully understand the neural underpinnings of memory consolidation.'

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