Vidéo: Apprentissage et mémoire

Un… nerf olfactif ; deux… nerf optique ; trois… nerf trochléaire ? Non, trois, c'est oculomoteur… Argh, je ne me souviendrai jamais de ces nerfs crâniens.

Ne serait-ce pas génial si on pouvait lire quelque chose une fois et s'en souvenir pour toujours ? Malheureusement, ou peut-être heureusement, notre cerveau ne fonctionne pas comme ça. Voyons pourquoi, en parlant de… attendez, de quoi parlions-nous déjà ? Ah oui, d'apprentissage et de mémoire !

Nos souvenirs sont une part fondamentale de nous-mêmes. Ils nous aident à comprendre le monde et ainsi, façonnent notre comportement. Les souvenirs se créent à mesure que nous expérimentons le monde qui nous entoure et que nous interagissons avec lui. L'apprentissage peut être considéré comme l'acquisition de nouvelles informations, compétences ou comportements, et la mémoire comme le stockage et la récupération de ces connaissances.

L'apprentissage et la mémoire sont également interdépendants : l'apprentissage s'appuie sur la mémoire pour conserver ce qui est acquis et la mémoire dépend de l'apprentissage pour adopter de nouvelles formes d’apprentissage et trouver du contenu à stocker.

Les souvenirs peuvent être classés en mémoires à court et à long terme selon leur durée de conservation. Notre mémoire à court terme peut conserver temporairement quelques informations, pendant quelques secondes ou minutes. Cela peut paraître peu utile ou important, mais la mémoire à court terme est fondamentale au quotidien.

Par exemple, il serait impossible d'avoir une conversation si nous ne nous souvenions pas de ce que l'autre personne vient de dire. Trouver notre portefeuille serait difficile si nous ne nous souvenions pas où nous l'avons déjà cherché. Et nous ne traverserions jamais la rue si, dès que nous regardons à gauche, nous oublions qu'il n'y a pas de voiture qui arrive par la droite.

Heureusement, nos circuits de mémoire de travail dans le cortex préfrontal utilisent les informations stockées dans la mémoire à court terme pour nous aider dans nos tâches quotidiennes.

La plupart des souvenirs à court terme sont tout simplement oubliés, mais ceux qui sont particulièrement pertinents peuvent être stockés sous forme de souvenirs à long terme grâce à un processus appelé “consolidation”. Ces souvenirs nous accompagnent potentiellement pendant des années, voire toute notre vie.

La mémoire à long terme peut être classée en mémoire explicite ou implicite selon le type d'information qu'elle contient. Puisque la mémoire explicite et la mémoire implicite ont des fonctions et des voies différentes, il est préférable de les aborder séparément. Commençons par la mémoire explicite.

Les souvenirs de la mémoire explicite nécessitent une attention consciente pour être rappelés. On l’appelle également “mémoire déclarative” car les informations qu'elle contient peuvent être décrites verbalement. On subdivise la mémoire explicite en mémoire sémantique et épisodique.

La mémoire sémantique rappelle des faits, des connaissances générales qui existent hors contexte, comme savoir à quoi ressemble une balle, quel son elle produit et quelle sensation elle procure au toucher. La mémoire épisodique, quant à elle, rappelle des événements précis, comme par exemple recevoir une nouvelle balle en cadeau pour son anniversaire.

Différentes structures cérébrales sont nécessaires à la formation, au stockage et à la récupération de souvenirs explicites. La première étape pour comprendre ces voies a été de découvrir que la suppression de l'hippocampe et des structures voisines pour des raisons médicales empêchait les patients de former de nouveaux souvenirs explicites. Ils pouvaient en revanche encore se souvenir d'événements de leur enfance.

Au fil du temps, cela a conduit à deux découvertes clés. Premièrement, l'hippocampe et les structures du lobe temporal médian avoisinantes jouent un rôle clé dans la consolidation des souvenirs explicites. Deuxièmement, les souvenirs à long terme ne sont pas stockés dans l'hippocampe lui-même, mais plutôt dans le cortex sensoriel qui traite l'information.

Les souvenirs de la forme et de la couleur d'une balle sont stockés dans le cortex visuel associatif du lobe occipital, les sons qui lui sont liés dans le cortex auditif associatif du lobe temporal, et sa texture et son poids dans le cortex somatosensoriel associatif du lobe pariétal.

Deux autres régions cérébrales nous aident à gérer la mémoire explicite. Le cortex préfrontal, par exemple, semble être impliqué à la fois dans la consolidation et la récupération des souvenirs. L'amygdale, quant à elle, facilite la consolidation des souvenirs associés à des émotions fortes. C'est pourquoi nous oublions les centaines de lancers que nous effectuons lors d'un entraînement, mais que nous nous souvenons du lancer spécifique qui nous a permis de remporter un match important.

En parlant de lancer, la séquence d'activation musculaire nécessaire à l'exécution de mouvements précis est un exemple de mémoire implicite. Les souvenirs implicites sont automatiques et nécessitent la répétition incessante d'une action pour être mémorisés. On les appelle aussi non-déclaratifs car ils sont difficiles à décrire avec des mots, puisqu’ils ne se rapportent pas à des faits ou à des événements.

Conduire une voiture, se déplacer dans un lieu familier et jouer d'un instrument sont autant d'exemples de mémoire implicite. Si la mémoire explicite nous aide à nous souvenir de faits et d'événements, notre mémoire implicite nous sert principalement à nous rappeler comment faire les choses. En effet, même notre mémoire musculaire se situe dans le cerveau.

Comme mentionné précédemment, les structures nécessaires à la consolidation et au stockage diffèrent entre la mémoire implicite et la mémoire explicite. Les patients dépourvus d'hippocampe pourraient néanmoins toujours apprendre des séquences motrices et mémoriser leur chemin dans un bâtiment, ce qui suggère que la consolidation de la mémoire implicite ne nécessite pas l'hippocampe. Les principales structures impliquées dans la consolidation et le stockage des habiletés motrices sont le cervelet, les noyaux gris centraux et le cortex moteur. L'amygdale est également impliquée dans les souvenirs implicites qui suscitent une réponse émotionnelle.

Nous avons vu que la consolidation des informations de la mémoire à court terme vers la mémoire à long terme est essentielle pour conserver durablement les connaissances. Mais comment notre cerveau transforme-t-il une pensée rapide en un souvenir durable ?

De nombreuses données actuelles indiquent des changements dans la façon dont les neurones se synapsent. Les souvenirs semblent se consolider grâce à un processus appelé “potentialisation à long terme”, ou PLT. On peut l'imaginer comme le renforcement d'un pont entre les neurones : plus le trafic ou les signaux traversent ce pont, plus il devient solide. C'est la PLT qui renforce les souvenirs et les ancre dans notre mémoire.

Mais que faire si un souvenir ou un lien mémorisé doit s'estomper ? C'est là qu'intervient la “dépression à long terme”, ou DLT. C'est comme laisser ce pont s'affaiblir au fil du temps lorsqu'il n'est pas utilisé ni entretenu. Cela aide votre cerveau à se débarrasser des éléments inutiles. Ces mécanismes jouent un rôle fondamental dans l'apprentissage et la consolidation de la mémoire. La capacité à se souvenir et à oublier est essentielle à notre bien-être.

Explorons donc plus en détail comment fonctionne la potentialisation à long terme dans l'hippocampe.

Voici un neurone présynaptique et un neurone postsynaptique. Le glutamate libéré par le neurone présynaptique agit sur deux types de récepteurs du neurone postsynaptique : les récepteurs AMPA et les récepteurs NMDA. Lorsque le glutamate se lie au récepteur AMPA ligand-dépendant, les ions sodium pénètrent dans la cellule. La liaison du glutamate au récepteur NMDA ne suffit cependant pas à laisser passer les ions, puisqu’un ion magnésium logé dans le canal bloque l'accès au cytoplasme.

Si le neurone postsynaptique est suffisamment dépolarisé par le sodium entrant par les récepteurs AMPA, la dépolarisation de la membrane cellulaire élimine l'ion magnésium des récepteurs NMDA. Cela augmente le flux d'ions sodium et laisse également entrer les ions calcium dans la cellule.

La concentration intracellulaire plus élevée d'ions calcium active un système de second messagers qui renforce la connexion synaptique entre les neurones de trois manières. Premièrement, de nouveaux canaux AMPA sont déplacés vers la membrane cellulaire, ce qui permet le passage des ions sodium à travers celle-ci. Deuxièmement, la conductance des canaux AMPA augmente, ce qui facilite également le passage du sodium. Troisièmement, un composé chimique est envoyé au neurone présynaptique, signalant une augmentation de la quantité de glutamate libérée.

Puisqu’il y a désormais plus de neurotransmetteurs et plus de récepteurs, et puisque les récepteurs sont plus efficaces, la connexion entre les deux neurones est renforcée. Ce mécanisme de potentialisation à long terme a été principalement étudié dans l'hippocampe, plus particulièrement dans les neurones de la voie collatérale de Schaffer. Les scientifiques pensent que des formes similaires de potentialisation à long terme pourraient être responsables de la consolidation de la mémoire dans différentes zones du cerveau et des souvenirs implicites, même si les voies cellulaires dont il est question peuvent être différentes.

Pour conclure ce tutoriel, voyons ce qui se passe lorsque ces fonctions sont altérées.

La perte de mémoire est appelée “amnésie” et est généralement causée par un traumatisme crânien ou une maladie neurodégénérative. L'altération des zones de consolidation de la mémoire entraîne une incapacité à former de nouveaux souvenirs. C’est ce que l’on appelle l’amnésie antérograde. L'amnésie rétrograde, quant à elle, désigne la perte de souvenirs déjà stockés avant l'apparition de l'amnésie et est souvent associée à des lésions des zones cérébrales impliquées dans le stockage ou la récupération des souvenirs.

Un ralentissement des fonctions de mémoire est fréquent avec l'âge. Mais chez les personnes atteintes de maladies neurodégénératives, la perte de mémoire devient invalidante au point de nécessiter une assistance continue. La plus fréquente de ces maladies est la maladie d'Alzheimer, où la perte de mémoire est due à l'accumulation de protéines dans le cerveau.

Et voilà qui conclut notre tutoriel sur l'apprentissage et la mémoire. Imaginez un peu l'ampleur de la potentialisation à long terme qui se produit actuellement dans vos neurones hippocampiques pour s’assurer que toutes ces nouvelles connaissances soient consolidées à temps pour votre prochain examen ! N'oubliez pas de consulter le quiz et les autres ressources pédagogiques de l'unité d'étude sur ce sujet.

À la prochaine, et bonnes révisions !