Reading specific memories from human neurons before and after sleep

La mémoire humaine n'est pas une bibliothèque statique où les fichiers reposent intacts sur des étagères ; c'est un processus vivant et mouvant qui change au fil de nos jours et de nos nuits. L'une des capacités les plus remarquables de l'esprit humain est la capacité de se rappeler un événement unique et spécifique après ne l'avoir vécu qu'une seule fois, comme le visage d'une personne rencontrée brièvement ou un lieu visité pour la première fois. Les scientifiques savent depuis longtemps que différentes parties du cerveau travaillent ensemble pour stocker ces moments, mais comprendre exactement comment le cerveau encode un souvenir spécifique et comment cet encodage change au fil du temps est resté insaisissable. La question de savoir si nous pouvons réellement lire le contenu spécifique d'un souvenir directement à partir de l'activité électrique des cellules cérébrales est une frontière majeure des neurosciences, avec des implications pour la compréhension de la façon dont nous apprenons et de la manière dont nous pourrions un jour aider ceux qui luttent pour se souvenir.

Une nouvelle étude a franchi une étape significative vers la réponse à cette question en écoutant directement les signaux électriques des cellules cérébrales humaines. Des chercheurs ont travaillé avec des patients qui subissaient déjà une surveillance médicale pour d'autres pathologies, utilisant de minuscules électrodes placées à l'intérieur du cerveau pour enregistrer l'activation de neurones individuels. Ces patients ont regardé un épisode audiovisuel unique et spécifique — un clip vidéo particulier — puis, après une période de temps incluant le sommeil, on leur a demandé de se rappeler des détails de cette vidéo. L'équipe a construit un modèle informatique sophistiqué, un type d'intelligence artificielle conçue pour reconnaître des motifs complexes, afin d'analyser les pics d'électricité provenant des neurones. Ce modèle a appris à connecter les schémas d'activation spécifiques des cellules cérébrales lors de la visionnage initial avec les concepts spécifiques dont les patients se sont souvenus plus tard, tels que les noms de personnes ou de lieux vus dans la vidéo.

Les résultats ont révélé une histoire dynamique de la façon dont les souvenirs sont traités et stockés. Lorsque les chercheurs ont testé le modèle sur des souvenirs rappelés avant le sommeil, ils ont constaté que l'activité électrique dans le lobe temporal médial, une région profonde du cerveau connue pour son rôle dans la formation de nouveaux souvenirs, était suffisante pour prédire ce que le patient se rappellerait. Cependant, après que les patients ont dormi, le tableau a changé. Le même modèle, lorsqu'il était alimenté uniquement par des données du lobe temporal médial, ne pouvait plus décoder les souvenirs. Au lieu de cela, la capacité de prédire les concepts rappelés s'est déplacée vers le cortex frontal, une région à l'avant du cerveau impliquée dans la pensée de haut niveau et l'organisation. Le modèle entraîné sur les signaux du cortex frontal fonctionnait bien pour les souvenirs rappelés après le sommeil, mais échouait à le faire avant le sommeil. De plus, les chercheurs ont observé que plus le cortex frontal pouvait décoder le souvenir, plus le patient avait expérimenté de sommeil non-REM, suggérant un lien direct entre la qualité du sommeil et ce déplacement de l'endroit où le souvenir réside dans le cerveau.

Ces découvertes suggèrent qu'un souvenir spécifique n'est pas verrouillé dans un seul endroit du cerveau, mais qu'il est plutôt distribué à travers différentes populations neuronales, et que cette distribution se transforme à mesure que nous passons de l'éveil au sommeil. L'étude indique que le cerveau réorganise l'information d'une expérience unique, déplaçant la représentation primaire de ce souvenir des centres de mémoire profonds vers le cortex frontal à mesure que le sommeil progresse. Ce changement à l'échelle du système implique que le cerveau ne se contente pas de stocker un fichier et de le laisser tranquille ; il réécrit activement l'emplacement de la trace mémorielle. Bien que la recherche ait été menée sur un petit groupe de patients et repose sur des modèles entraînés sur des données spécifiques, la capacité de décoder des souvenirs générés de manière interne à partir de l'activité cérébrale laisse entrevoir un avenir où nous pourrions être capables d'améliorer ou même d'atténuer certains souvenirs spécifiques, offrant de nouvelles voies potentielles pour traiter les troubles qui affectent la façon dont les gens se remémorent leur vie.