Imaginez que pendant vous savourez votre bol matinal de Cheerios, une araignée tombe du plafond et tombe dans le lait. Des années plus tard, on ne peut toujours pas s’approcher d’un bol de céréales sans se sentir submergé par le dégoût.
Les chercheurs ont maintenant observé directement ce qui se passe à l’intérieur d’un cerveau apprenant ce type de réponse émotionnellement chargée. Dans une nouvelle étude publiée en janvier dans le Actes de l’Académie nationale des sciences, une équipe de l’Université de Californie du Sud a pu visualiser des souvenirs se formant dans le cerveau de poissons de laboratoire, en les imaginant au microscope alors qu’ils s’épanouissaient dans de magnifiques verts fluorescents. D’après des travaux antérieurs, ils s’attendaient à ce que le cerveau encode la mémoire en modifiant légèrement son architecture neuronale. Au lieu de cela, les chercheurs ont été surpris de constater une refonte majeure des connexions.
Ce qu’ils ont vu renforce l’idée que la mémoire est un phénomène complexe impliquant un méli-mélo de voies d’encodage. Mais cela suggère en outre que le type de mémoire peut être essentiel à la façon dont le cerveau choisit de l’encoder – une conclusion qui peut indiquer pourquoi certains types de réponses traumatiques profondément conditionnées sont si persistantes et si difficiles à désapprendre.
« Il se peut que ce que nous regardons soit l’équivalent d’un disque SSD » dans le cerveau, a déclaré le co-auteur Scott Fraser, biologiste quantitatif à l’USC. Alors que le cerveau enregistre certains types de souvenirs sous une forme volatile et facilement effaçable, les souvenirs liés à la peur peuvent être stockés de manière plus robuste, ce qui pourrait aider à expliquer pourquoi des années plus tard, certaines personnes peuvent se souvenir d’un souvenir comme si elles le revivaient, a-t-il déclaré.
La mémoire a fréquemment été étudiée dans le cortex, qui recouvre le sommet du cerveau des mammifères, et dans l’hippocampe à la base. Mais il a été examiné moins souvent dans des structures plus profondes telles que l’amygdale, le centre de régulation de la peur du cerveau. L’amygdale est particulièrement responsable des souvenirs associatifs, une classe importante de souvenirs chargés d’émotion qui relient des choses disparates, comme cette araignée dans vos céréales. Bien que ce type de mémoire soit très courant, la façon dont il se forme n’est pas bien comprise, en partie parce qu’il se produit dans une zone relativement inaccessible du cerveau.
Fraser et ses collègues ont vu une opportunité de contourner cette limitation anatomique et d’en apprendre davantage sur la formation de la mémoire associative en utilisant le poisson zèbre. Les poissons n’ont pas d’amygdale comme les mammifères, mais ils ont une région analogue appelée pallium où se forment les mémoires associatives. Le pallium est beaucoup plus accessible à l’étude, a expliqué Fraser : alors qu’un cerveau de mammifère en développement se développe en grossissant simplement – » en se gonflant comme si c’était un ballon » – le cerveau du poisson zèbre se retourne presque » comme un noyau de pop-corn, donc ces centres profonds sont près de la surface où nous pouvons les imager. De plus, les larves de poisson zèbre sont transparentes, de sorte que les chercheurs ont pu scruter directement leur cerveau.
Les neuroscientifiques conviennent généralement que le cerveau forme des souvenirs en modifiant ses synapses, les minuscules jonctions où les neurones se rencontrent. Mais la plupart pensent qu’il le fait principalement en ajustant la force des connexions, ou la force avec laquelle un neurone stimule le suivant, a déclaré Fraser.
Donc, pour rendre ce processus visible, Fraser et son équipe ont génétiquement modifié le poisson zèbre pour produire des neurones avec un marqueur protéique fluorescent lié à leurs synapses. La protéine marqueur, créée dans le laboratoire de Don Arnold, professeur de sciences biologiques et de génie biologique à l’USC, a émis une fluorescence sous la faible lumière laser d’un microscope personnalisé. Le défi était « d’être capable d’écouter quelque chose au fur et à mesure qu’il se déroule », mais d’utiliser le moins de lumière possible pour éviter de brûler les créatures, a déclaré Fraser. Les chercheurs ont alors pu voir non seulement l’emplacement des synapses individuelles, mais aussi leur force : plus la lumière est brillante, plus la connexion est forte.