Ginkgo: le remue-mémoire!

Comment les souvenirs sont-ils formés et conservés dans le cerveau? Voilà une très intéressante question sur laquelle nous élaborerons dans les deux prochaines parties. Dans la première partie, nous verrons comment les structures du cerveau arrivent à logo.jpg (173038 bytes)transformer une image, un son, une odeur en souvenir. La partie suivante portera quant à elle sur la mémoire et nos 100 milliards de neurones.

Comme nous l'avons vu précédemment, il existe deux types de mémoire: la mémoire implicite, qui s'occupe des habitudes, des mouvements, et la mémoire explicite, celle des événe-ments et des informations. Nouer ses lacets fait référence à la mémoire implicite, se rappeler du nom de son voisin fait référence à la mémoire explicite. Nous avons vu également que généralement, les amnésiques du type H.M. perdent leur mémoire épisodique (événements) et même parfois leur mémoire sémantique (informations), -donc toute leur mémoire explicite- mais peuvent quand même apprendre, c'est-à-dire utiliser leur mémoire implicite pour stocker des habitudes (comme jouer du piano, ou dessiner avec un miroir...). Cela démontre donc parfaitement que les informations devant être stockées dans la mémoire explicite, passent par un autre chemin que celles devant être stockées dans la mémoire implicite, et vice-versa. Voyons donc, à l'aide d'expériences menées sur des singes, le chemin que prennent dans le cerveau, les informations devant être stockées dans la mémoire explicite, et celles devant être stockées dans la mémoire implicite.

 

La mémoire explicite

19.jpg (75986 bytes)Le cerveau est divisé en plusieurs grandes zones s'occupant chacune d'un type d'information qui lui est spécifique (vision, toucher, ouïe...). Comme nous l'avons vu, les informations mémorisées le sont habituellement dans leur zone spécifique:  une image est mémorisée dans le lobe occipital (zone visuelle), et une définition est stockée dans le lobe temporal gauche (zone du langage). Le souvenir d'un événement complexe, comme un souper en famille, sollicite donc plusieurs zones du cerveau: vision, goût, ouïe, odorat... Mais pour que toutes les informations soient définitivement stockées dans chacune de ces zones, il a bien fallu qu'elles passent par une zone spéciale du cerveau, qui fait le lien entre elles et qui les achemine chacune dans leur zone spécifique. Cette zone qui s'occupe de la mémoire explicite, c'est le système limbique, situé au centre du cerveau. C'est grâce encore une fois aux amnésiques que l'on a pu découvrir que c'est cette zone qui est impliquée. Comme nous l'avons vu auparavant, H.M., qui faisait de graves crises d'épilepsie, dut se faire enlever les deux hippocampes, composantes importantes du système limbique. On comprend donc pourquoi H.M. ne pouvait plus désormais mémoriser de nouveaux événements et de nouvelles informations. En effet, les chercheurs sont pratiquement sûrs que le système limbique est le siège des souvenirs, de la mémoire explicite. Voyons donc premièrement le trajet que fait une information visuelle devant être stockée, à l'aide d’une expérience réalisée sur des singes en 1975 par le français M. Mishkin.

Lors de cette expérience, le singe doit choisir parmi deux objets celui qu'il a vu auparavant. Lorsqu'il réussit, il obtient une friandise. On change d'objet à chaque essai pour ne pas créer d'habitude chez le singe. Le singe doit donc, à chaque essai, mémoriser les deux objets et reconnaître par la suite, parmi les deux nouveaux, lequel était présenté auparavant. Cette expérience met donc en action constamment la mémoire explicite du singe et donc son système limbique. À partir d'ablations spécifiques faites sur les structures du système limbique, Mishkin put élaborer un modèle expliquant le processus de mémorisation.

Ce processus est en fait une grande boucle mettant en jeu plusieurs zones du cerveau. Les deux objets sont bien sûr, premièrement captés par la rétine et leur image est envoyée sous forme d'impulsions au lobe occipital du cerveau: la zone visuelle. Là, grâce à des réseaux de neurones extrêmement bien structurés, on décode étape par étape les impulsions représentant les deux objets. On y va en effet en commençant par les informations les plus simples pour finir avec les plus compliquées. Le lobe occipital est divisé en deux voies de traitement: une s'occupe de l'emplacement des objets, l'autre des informations sur les objets eux-mêmes. Dans l’expérience que nous décrivons présentement, nous parlons bien entendu de celle qui s'occupe des informations sur les objets, puisque le singe doit se souvenir quel objet il a vu auparavant. Les informations sont traitées par les neurones dans cette zone et acheminées par la suite, via d'autres neurones, au système limbique. C'est là qu'on va transformer l'objet perçu en un souvenir.

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Les informations passent d'abord par le lobe temporal médian, puis par le diencéphale médian et par le lobe frontal médian. On ne sait pas parfaitement encore les transformations faites aux impulsions codant l'image dans ces structures. Cependant, on pense que la mémoire à court terme serait située dans ces trois 3 structures. Ces structures répéteraient donc les impulsions codant l'image, jusqu'à ce qu'elles atteignent le télencéphale ventral, situé à l'avant du cerveau. C'est grâce à lui que finalement l'image sera stockée définitivement dans la mémoire à long terme. En effet, le télencéphale étend ses neurones vers l'ensemble des zones du cerveau, y compris le lobe occipital (zone visuelle). Les neurones du télencéphale, activés par les trois zones du système limbique décrites précédemment, fabriqueraient ainsi de l'acétylcholine, un neurotransmetteur extrêmement important dans la mémorisation. L'acétylcholine, via les neurones faisant le pont entre le télencéphale et la zone visuelle, serait transportée jusqu'à la zone visuelle, où elle irait modifier des connections de neurones spécifiques, codant ainsi l'image! L'information serait donc stockée en un endroit précis de la zone visuelle. Si, au fil du temps, la connection entre les neurones codant cette image s'altère, il deviendrait dificile de récupérer l'image. Cela vient donc confirmer la théorie dont nous avons parlé sur l'oubli. Mais si, au contraire, l'image peut être vue à nouveau quelques jours plus tard, les impulsions la codant passeraient par le même chemin, et iraient renforcer la connection! Ouf! Imaginez une seconde tout ce que fait le système limbique lors d'une simple mémorisation! Même si nous ne connaissons pas parfaitement le rôle de toutes les structures du système limbique, nous savons qu'elles doivent 1- reconnaître l'information, 2-décider si elle doit être sauvegardée, 3- spécifier dans quelle zone elle doit être sauvegardée, 4-sécréter de l'acétylcholine, 5- décrire parfaitement le trajet que doit prendre celle-ci pour ne pas s'égarer dans nos 100 milliards de neurones!, et 5- acheminer finalement l'acétylcholine pour sauvegarder l'information!

Le système limbique est donc une extraordinaire zone du cerveau, où les informations passent pour être sauvegardées dans les zones spécialisées du cerveau. Il est important de savoir que lorsqu'on est en présence d'une odeur par exemple qui doit être mémorisée, c'est le même principe, sauf que celle-ci commence la boucle et la termine dans la zone olfactive. Par ailleurs, dans l'expérience chez les singes, après avoir mémorisé un objet, le fait de le revoir peu après activerait, via cette boucle, le souvenir enregistré auparavant, confirmant que c'est bel et bien l'objet vu quelques instants plus tôt! L'expérience que nous venons de voir n'est qu'une simple action de la mémoire. Voyons-en donc une qui est plus complexe et qui fait "réfléchir" notre mémoire, c'est-à-dire qui lui demande d'associer deux informations!

L'expérience, cette fois encore réalisée auprès des singes, leur demande d'associer un emplacement avec un objet. En effet, on présente deux objets à un singe, comme par exemple un cube et une sphère. Ensuite, on lui en présente deux identiques, comme par exemple 2 sphères. Le singe doit donc reconnaître la sphère qui est au même endroit que celle qui était présentée auparavant.

Cette fois-ci, le singe doit, en plus de mémoriser des informations par rapport à l'objet, mémoriser aussi l'emplacement de l'objet. Et comme nous l'avons vu plus tôt, la zone visuelle se divise en deux parties: une qui s'occupe des informations sur l'objet tel quel, et l'autre qui s'occupe de l'emplacement de l'objet. Les impulsions, codant l'objet et son emplacement, partent donc par deux voies différentes: celles qui codent l'objet partent par des neurones d'une voie située au bas du cerveau et nommée "voie occipito-temporale", et celles qui codent l'emplacement de l'objet passent par des neurones de la "voie occipito-pariétale", située plus haut dans le cerveau. Les deux types d'impulsions sont toutes deux acheminées au système limbique, on l'aura deviné. Les impulsions codant l'objet passent par l'amygdale et sont acheminées vers l'hippocampe, tandis que les impulsions représentant l'emplacement de l'objet passent par le gyrus cingulaire et sont, elles aussi, acheminées vers l'hippocampe. Finalement, celui-ci fait le lien entre les deux informations, et envoie, probablement encore de l'acétylcholine à des neurones spécifiques de la zone visuelle, qui représenteront à la fois l'objet et son emplacement! C'est donc grâce à l'hippocampe qu'il y a une association visuo-spatiale et que la mémorisation se fait. On voit donc que les composantes du système limbique ont probablement chacune une tâche spécifique: l'hippocampe fait les associations visuo-spatiales, tandis que le télencéphale ventral code des informations non-liées.

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Lorsqu'on présentera au singe les deux objets identiques et qu'il devra choisir lequel est placé à l'endroit de celui qu’il a vu auparavant, les informations portant sur l'emplacement et la nature de ces deux objets repasseront par la même boucle, où finalement elles iront activer les neurones codant l'objet précédant. Ceux-ci indiqueront finalement où était placé l'objet en question. Quel merveilleux travail de tout notre cerveau et particulièrement du système limbique! Nous pouvons mémoriser des dizaines d'informations à la minute et chaque fois, ces informations passent par des boucles similaires ou identiques à celles décrites plus haut! Notre cerveau exécute donc un travail phénoménal. Même qu’il n’a pas trop à s’inquiéter de la concurrence de l'ordinateur au plan de la mémoire!

Une autre expérience similaire a été menée pour démontrer enfin que c'est bien grâce au système limbique que l'association d'informations mémorisées se fait. Cette fois-ci, les singes devaient faire des associations de deux types d'informations différentes. En effet, dans le noir, le singe explorait de façon tactile un objet. Puis, on rallumait la lumière et on lui présentait deux objets qu'il ne devait pas toucher mais regarder. Il devait choisir entre les deux lequel il venait de toucher, s'il voulait obtenir une friandise. Comme nous l'avons décrit avec la première expérience, pour que la mémorisation des informations tactiles se fasse, les impulsions représentant l'objet au toucher partent donc de la zone tactile, passent par le système limbique puis le télencéphale ventral et sont enfin enregistrées dans la zone tactile. Mais lorsque la lumière était rallumée, l'animal voyait deux objets. Les impulsions codant visuellement la nature des objets partaient donc de la zone visuelle puis se rendaient au système limbique, plus précisément au lobe temporal médian qui inclut l'amygdale et une partie des aires rhinales. Là, par un processus qui nous échappe encore, une association se fait avec les impulsions visuelles et les informations tactiles stockées auparavant et codant la forme de l'objet. Le singe faisait donc l'association d'un des deux objets qu'il voyait avec celui qu'il venait de toucher et dont il avait mémorisé la forme! Cela nous démontre donc qu'en plus de la mémorisation, le système limbique est aussi extrêmement important au niveau de la récupération et de l'association d'informations! Lorsque nous réfléchissons, nous faisons constamment appel à notre mémoire, donc à notre système limbique! On le voit donc, le système limbique est tout à fait primordial dans le cerveau et y accomplit une tâche extraordinaire: celle de la mémorisation et de la récupération.

 

La mémoire implicite

Maintenant que nous venons de voir toute l'importance qu'a notre système limbique dans tout ce qui est "mémoire explicite", donc informations, voyons maintenant une autre région du cerveau impliquée dans la mémoire implicite, la mémoire des habitudes, des apprentissages, des savoir-faire. Nos connaissances sur le processus de mémorisation des habitudes sont beaucoup moins avancées que celles que nous venons de voir, portant sur les informations. Cependant, nous savons que les ganglions de la base, (situés à la base du cerveau) sont impliqués dans les fonctions motrices et donc, dans la mémoire implicite. Il existe une maladie dégénérative génétique, la maladie d'Huntington, qui affecte les ganglions de la base et qui donne aux patients des problèmes opposés à ceux des amnésiques du type H.M. En effet, contrairement aux amnésiques, les malades atteints de cette maladie sont parfaitement capables de se souvenir d'événements (mémoire épisodique) et d'informations (mémoire sémantique). En d'autres mots, leur mémoire explicite fonctionne très bien. Mais, encore une fois, contrairement aux amnésiques, ces malades ont des problèmes au niveau de la mémoire implicite: même si pendant plusieurs semaines, ils tentent de dessiner avec un miroir, on n'observera aucun progrès. Leur mémoire implicite ne fonctionne plus. Cela démontre parfaitement l'importance des ganglions de la base en ce qui à trait à la mémoire implicite.

Une autre expérience a été menée auprès des singes par J.Wang en 1990, pour expliquer le fonctionnement de la mémoire implicite dans le cerveau. Cette fois-ci, Wang devait donner une habitude aux singes. Il leur présenta pendant plusieurs jours 20 paires d'objets. Un objet par paire, toujours le même, dissimulait une friandise. Cela faisait donc "apprendre" aux singes et non mémoriser, car on créait une habitude. Ils devaient apprendre en effet à faire le lien entre l'objet en question et à le pointer de la main. Grâce encore une fois à des ablations spécifiques dans le cerveau chez certains singes, Wang put comprendre un peu le fonctionnement de la mémorisation d'une habitude.

L'objet, qui est toujours le même pour chaque paire et qui cache toujours une friandise, est donc capté encore une fois par la rétine. L'information, sous forme d'impulsions, est envoyée via des neurones aux ganglions de la base. Leurs composantes, notamment le noyau caudé et le putamen traitent l'information et décident si oui ou non elle doit être enregistrée. Elles envoient ensuite des impulsions au globus pallidus et à la substance noire, qui, finalement, envoient des neurotransmetteurs vers les aires frontales du cerveau impliquées dans les fonctions motrices, pour qu'elles mémorisent le lien entre l'image et la réponse motrice! Lorsque le singe obtient une friandise, on pense que les neurotransmetteurs envoyés seraient notamment de la dopamine, un neurotransmetteur impliqué dans la motivation. Cela renforcerait donc les connections entre les neurones codant le lien entre l'image et la réponse motrice dans la zone motrice. Mais lorsque le singe se trompe d'objet et n'obtient pas de friandise, aucun neurotransmetteur ne serait envoyé, et la connection serait donc affaiblie! À long terme, les singes apprendraient donc, grâce aux ganglions de la base, à faire le lien entre le même objet, la réponse motrice et une récompense! Ils auraient ainsi appris! On peut donc penser qu'une personne qui apprend à jouer au tennis, ou qu'un enfant qui apprend à nouer ses lacets, mettent en jeu, d'une certaine façon, cette fameuse boucle!

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Une autre chose qu'il est important de savoir, c'est que, comme nous l'avons vu, le système limbique envoie des réponses vers toutes les zones du cerveau. Il envoie en effet des informations vers la zone où elles doivent être mémorisées. Cependant, les ganglions de la base eux, envoient des réponses uniquement vers la zone motrice du cerveau. Cela prouve donc que les ganglions de la base s'occupent de la mémoire implicite, donc de la mémoire des habitudes, des apprentissages... etc!

Wow! Le fonctionnement de la mémoire dans le cerveau est tout à fait extraordinaire! Il met en jeu énormément de zones et son processus est autant ingénieux qu'efficace! Encore une fois, les connaissances sur le fonctionnement d’une mémorisation à travers les zones du cerveau ne sont pas complètes. Grâce à de nouvelles expériences sur la mémorisation et l’apprentissage, notamment auprès des singes, l’homme pourra éventuellement comprendre parfaitement les structures de son cerveau agissant sur la mémoire. Maintenant que nous avons vu le fonctionnement de la mémorisation dans le cerveau, allons-y de façon plus précise, avec le fonctionnement de la mémorisation dans nos chers neurones!

 

Aide-mémoire

  • On pense que c’est en majeure partie grâce au système limbique que la mémorisation se fait chez le singe et l’homme, plus particulièrement en ce qui concerne la mémoire explicite. En effet, selon plusieurs expériences menées sur les singes, l'hippocampe fait les associations visuo-spatiales lors de la mémorisation, tandis que le télencéphale ventral aide à l’enregis- trement d’informations non liées.
  • Les ganglions de la base agiraient eux sur la mémoire implicite, c’est-à-dire la mémoire des habitudes et des apprentissages. On croit en effet que ce serait grâce à eux que des liens entre des stimuli et des réponses motrices se feraient, lors de la mémorisation.
  • Finalement, le système limbique est connecté à toutes les zones du cerveau, tandis que les ganglions de la base sont connectés uniquement à la zone motrice. Cela démontre très bien les spécialités qu’ont chacune de ces zones : le système limbique s’occupe de la mémoire explicite, les ganglions de la base s’occupent de la mémoire implicite.

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© David Laflamme, davidlaflamme@videotron.ca, école secondaire Montcalm, expo-sciences 1999