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L'étude jette la lumière neuve sur la façon dont le cerveau code le temps et la place dans des souvenirs

Deux études abouties par les chercheurs du sud-ouest d'UT jettent la lumière neuve sur la façon dont le cerveau code le temps et la place dans des souvenirs. Les découvertes, les publiées récent dans PNAS et la Science, non seulement ajoutent au fuselage de la recherche fondamentale sur la mémoire mais pourraient éventuellement constituer la base pour des demandes de règlement neuves à la perte de mémoire de combat des conditions telles que la lésion cérébrale traumatique ou la maladie d'Alzheimer.

Environ il y a une décennie, un groupe de neurones connus sous le nom de « cellules de temps » a été découvert chez les rats. Ces cellules semblent jouer un seul rôle dans l'enregistrement quand les événements ont lieu, permettant au cerveau de marquer correctement la commande de ce qui se produit dans la mémoire épisodique.

Situé dans le hippocampe du cerveau, ces cellules montrent une configuration caractéristique d'activité tandis que les animaux sont codants et indiquants des événements, explique Bradley Lega, M.D., professeur agrégé de la chirurgie neurologique à UTSW et auteur supérieur de l'étude de PNAS.

En allumant dans une séquence reproductible, elles permettent au cerveau de dispenser quand les événements se produisent, Lega dit. Le calage de leur allumage est réglé par les ondes cérébrales de 5 hertz, vibrations appelées de thêta, dans un procédé connu sous le nom de précession.

Lega a vérifié si les êtres humains ont également des cellules de temps à l'aide d'une tâche de mémoire qui effectue des fortes demandes sur l'information relative au temps. Lega et ses collègues ont recruté des volontaires à partir de l'élément de surveillance d'épilepsie à l'institut du sud-ouest de cerveau de Jr. d'UT Peter O'Donnell, où les patients d'épilepsie restent pendant plusieurs jours avant que la chirurgie pour retirer ait endommagé des parties de leurs cerveaux qui suscitent des grippages.

Les électrodes implantées dans l'aide des cerveaux de ces patients leurs chirurgiens recensent avec précision les orientations de grippage et fournissent également des données de valeur sur les fonctionnements internes du cerveau, Lega dit.

Tout en enregistrant l'activité électrique du hippocampe en 27 cerveaux des volontaires, les chercheurs les ont faits faire les tâches « de rappel libre » qui le relevé impliqué une liste de 12 mots pendant 30 secondes, faisant un problème de maths court pour les distraire de préparer les listes, et puis pour indiquer autant de mots de la liste comme possible aux 30 secondes suivantes.

Cette tâche exige associer chaque mot à un segment de temps (la liste elle était allumée), qui a permis à Lega et à son équipe de rechercher des cellules de temps. Ce que l'équipe a trouvé excitait : Non seulement ont-ils recensé une population robuste des cellules de temps, mais l'allumage de ces cellules a prévu qu'à quel point les personnes pouvaient joindre des mots ensemble à temps (un groupement temporel appelé de phénomène). En conclusion, ces cellules semblent montrer la précession de phase chez l'homme, comme prévu.

Pour des scientifiques d'années ayez proposé que les cellules de temps sont comme la colle qui lie des souvenirs des événements en nos durées. Ceci trouvant particulièrement des supports cette idée d'une voie élégante. »

Bradley Lega, M.D, auteur supérieur d'étude et professeur agrégé de la chirurgie neurologique, centre médical du sud-ouest d'Université du Texas

Dans la deuxième étude en la Science, Brad Pfeiffer, Ph.D., professeur adjoint de la neurologie, a abouti les cellules vérifiantes d'une place d'équipe - une population des cellules hippocampal dans les deux animaux et êtres humains qui des dossiers où les événements se produisent.

Les chercheurs ont longtemps su que pendant que la course d'animaux un circuit ils ont été en circuit avant, les neurones codant l'emplacement différent le long du circuit allumeront dans l'ordre tout comme l'incendie de cellules de temps dans la commande des événements temporels, Pfeiffer explique.

De plus, alors que les rats explorent activement un environnement, des cellules de place sont encore dispensées en « mini-séquences » qui représentent un mouvement circulaire virtuel d'emplacement en avant du rat. Ces mouvements circulaires comme un radar se produisent approximativement 8-10 fois par seconde et sont vraisemblablement un mécanisme de cerveau pour prévoir immédiatement des événements à venir ou des résultats.

Avant cette étude, on l'a su que quand les rats ont cessé de fonctionner, les cellules de place remettraient en service souvent dans les longues séquences qui ont semblé rejouer l'expérience préalable du rat dans l'inverse.

Tandis que ces événements « de rejeu inverse » étaient connus pour être importants pour la formation de mémoire, elle était peu claire comment le hippocampe pouvait produire de telles séquences. En effet, le travail considérable avait indiqué que l'expérience devrait renforcer vers l'avant, des séquences de « lecture anticipée » mais affaiblir des événements inverses de rejeu.

Pour déterminer comment ces souvenirs arrière et avant fonctionnent ensemble, Pfeiffer et ses collègues ont mis des électrodes dans les hippocampe des rats, puis permis les pour explorer deux places différentes : une arène carrée et une longue, droite piste.

Pour les encourager à déménager par ces espaces, elles ont mis des puits avec le lait chocolaté aux places variées. Ils ont alors analysé l'activité de cellules de la place des animaux pour voir comment elle a correspondu à leur emplacement.

Les neurones particuliers allumés comme rats ont erré par ces espaces, codant l'information sur la place. Ces mêmes neurones allumés dans la même séquence que les rats ont retracé leurs circuits, et périodiquement allumés à l'envers comme ils ont complété différentes pattes de leurs voyages.

Cependant, jetant un oeil plus attentif aux caractéristiques, les chercheurs ont trouvé quelque chose neuve : Pendant que les rats déménageaient par ces espaces, leurs neurones ont non seulement montré des mini-séquences avant et prévisionnelles, mais également en arrière, des mini-séquences rétrospectives. Les séquences avant et arrière ont alterné les uns avec les autres, chacun prenant seulement quelques douzaine millisecondes pour compléter.

« Tandis que ces animaux avançaient, leurs cerveaux commutaient continuellement entre compter ce qui se produirait ensuite et indiquant ce qui s'est juste produit, tous dans des calendriers de fraction de seconde, » Pfeiffer dit.

Pfeiffer et son équipe étudient actuel quelles entrées ces cellules reçoivent d'autres parties du cerveau qui les font agir dans ces configurations avant ou inverses. Dans la théorie, il dit, il pourrait être possible de détourner ce système pour aider le cerveau à indiquer où un événement s'est produit avec plus de fidélité.

De même, ajoute Lega, techniques de stimulation pourrait éventuellement pouvoir imiter la structuration précise des cellules de temps pour aider des gens plus exactement à rappeler des séquences d'opérations temporelles.

D'autres études avec « pendant les dernières décennies, il y est eu une décomposition dans des découvertes neuves de mémoire, » il ajoute. « La distance entre les découvertes principales chez les animaux et comment elles peuvent aider les gens devient beaucoup plus courte maintenant. »

Source:
Journal reference:

Umbach, G., et al. (2020) Time cells in the human hippocampus and entorhinal cortex support episodic memory. Science. doi.org/10.1073/pnas.2013250117.