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Mémoire contextuelle

Tous les souvenirs sont spécifiques au contexte, qu'ils soient spatiaux, temporels ou émotionnels, ce qui conduit au concept de codage de séquence ou de codage de trajectoire. Comme le réseau hippocampique est connecté à l'amygdale, une zone cérébrale spécifique responsable des émotions etMémoiremodulation, les souvenirs épisodiques sont souvent associés à des émotions, telles que le bonheur, la peur et l'anxiété. Cela peut se produire dansMémoiresouvenirs et rêves d'expériences. Notamment, le sommeil consolide ou remodèle les souvenirs émotionnels [97]. Une hypothèse est que émotionnelle ou contextuelleMémoirepeut être renforcé ou affaibli dans l'hippocampe pendant l'activité thêta du sommeil paradoxal [98,99]. Des preuves causales récentes ont montré qu'une atténuation précise dans le temps du rythme thêta altérait la capacité contextuelle conditionnée par la peur.Mémoire[99]. Cependant, comment lire des souvenirs épisodiques contextuels intégrés à des émotions distinctes reste un gros casse-tête. Le développement de nouvelles approches informatiques pour déchiffrer les codes de population hippocampe-amygdale constituera un axe de recherche élargi.

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Créativité et perspicacité

La créativité implique la formation d'éléments associatifs dans de nouvelles associations qui sont utiles pour les futurs comportements de tâches (par exemple, la planification, la résolution de problèmes). De tels nouveaux schémas d'association peuvent ne pas se produire fréquemment et ne doivent pas être confondus avec les événements "preplay" [100]. L'insight est défini comme un processus de restructuration neuronale qui conduit à un gain soudain de connaissances explicites conduisant à un changement de comportement qualitatif [101]. Des études sur le sommeil humain ont suggéré que le sommeil paradoxal favorise la créativité et la perspicacité en raison des modifications de la neuromodulation cholinergique et noradrénergique [102], qui permettent aux structures néocorticales de réorganiser les hiérarchies associatives et de réinterpréter les informations hippocampiques. Informatiquement, comment détecter ces nouvelles associations de modèles spatio-temporels à travers un grand réseau hippocampique-néocortical reste inconnue. De futurs enregistrements simultanés de plusieurs zones cérébrales ciblées nous permettraient d'examiner les modèles de pointes spatio-temporelles de grande dimension et d'évaluer leurs probabilités de réactivations coïncidentes à différents états cérébraux.

Manipulation de la mémoire

À ce jour, les neuroscientifiques se sont appuyés sur de nombreux outils d'ingénierie ou génétiques puissants, tels que l'environnement virtuel [103, 104] et l'optogénétique [53, 105-108], pour manipuler l'hippocampe.Mémoirelors d'expériences d'éveil. Dans les environnements virtuels, les neurones de l'hippocampe de rongeurs présentaient différents modèles de déclenchement de pointes à partir d'environnements réels. Cependant, on ne sait toujours pas comment ces schémas de déclenchement seraient affectés pendant le sommeil. Les faux souvenirs jouent un rôle important dans la santé mentale humaine et la pratique juridique [109]. Dans une série d'expériences révolutionnaires [105, 106], les chercheurs ont stimulé ou supprimé les souvenirs avec l'optogénétique pour manipuler les neurones porteurs d'engrammes dans l'hippocampe de la souris. Leurs découvertes suggèrent que la réactivation optogénétique des cellules porteuses d'engrammes mémoires n'était pas seulement suffisante pour le rappel comportemental de ces cellules.Mémoire, mais a également servi de stimulus conditionné pour la formation d'une associationMémoire. Les techniques d'amélioration sélective des souvenirs souhaités et de suppression indirecte des souvenirs indésirables pourraient trouver des applications translationnelles potentielles dans le traitement des souvenirs traumatiques chez les patients souffrant de trouble de stress post-traumatique (SSPT). De même, on ne sait toujours pas comment ces manipulations affectentMémoirependant le sommeil. Parmi toutes les manipulations expérimentales, l'un des principaux objectifs de recherche est d'étudier le contenu de leur mémoire associée au sommeil et de les utiliser pour mieux prédire le comportement futur.

Interface neuronale en boucle fermée

Les interfaces cerveau-machine fournissent non seulement des thérapies potentielles pour les animaux et les humains, mais aussi de nouveaux outils pour étudierMémoiretraitement pendant le sommeil [44, 53, 110, 111]. En combinant diverses techniques de stimulation en boucle fermée invasives (par exemple, électriques) ou non invasives (par exemple, optiques, acoustiques) [39, 112-115], nous pouvons tester les fonctions causales des circuits neuronaux ou du sommeil pourMémoiretraitement en temps réel. Par exemple, le couplage de la réactivation spontanée d'une cellule de lieu pendant le sommeil à une stimulation de renforcement du faisceau médian du cerveau antérieur (MFB) a induit une préférence de lieu pendant le réveil ultérieur, fournissant une autre preuve que les cellules de lieu codent les mêmes informations spatiales pendant le sommeil et l'éveil [116].

Remarques finales

En résumé, des preuves expérimentales cumulatives ont mis en évidence le rôle critique du sommeil dans la consolidation des souvenirs hippocampiques-néocorticaux. Avec les progrès des enregistrements de population neuronale à grande échelle et des techniques d'imagerie, il est impératif de développer des méthodes de calcul pertinentes pour fournir une évaluation impartiale deMémoire-liés au SANC. Malgré des progrès rapides au cours des deux dernières décennies, de nombreuses questions restent en suspens. De plus, les contributions de nombreux autres circuits sous-corticaux à diverses mémoires associées au sommeil restent à étudier, comme le striatum ventral [117, 118] et le thalamus antérieur [119, 120]. Les combinaisons d'investigations expérimentales et informatiques seront une étape cruciale pour améliorer notre compréhension de ce domaine de recherche passionnant et important. La dissection future de la mémoire pendant le sommeil mettra en lumière les mécanismes neuronaux du rêve, de la créativité, des souvenirs contextuels ou émotionnels, et fournira des informations supplémentaires sur les troubles neurologiques et psychiatriques liés à la mémoire.

Remerciements

Nous remercions B. Bagnasacco, F. Kloosterman et B. Pesaran pour leurs précieux commentaires. Ce travail est soutenu par un prix NSF/NIH CRCNS IIS-1307645 (à ZC et MAW) de la US National Science Foundation, un prix NSF/NIH CRCNS R01-NS100065 (à ZC) du NINDS , l'Office ofNaval Research MURI subvention N00014-10-1-0936 et une subvention NIH TR01-GM104948 (à MAW). Ce matériel est également basé sur des travaux soutenus par le Center for Brains, Minds and Machines (CBMM), financé par le NSF STC award CCF-1231216.

Glossaire

Mémoire épisodique

est fait d'associations de plusieurs éléments, tels que des objets, de l'espace et des temps. Les associations sont codées par des changements chimiques et physiques dans les neurones, ainsi que par des modifications des synapses entre les neurones

Hippocampe

une structure cérébrale dans le lobe temporal médial (MTL) qui est importante pour la mémoire épisodique, l'apprentissage spatial et le souvenir associatif. Il se compose de CA1, CA2, CA3 et du gyrus dentaire, et est connecté à diverses structures cérébrales, y compris le cortex préfrontal (PFC), le cortex entorhinal et l'amygdale.

Consolidation de la mémoire

un processus qui convertit et stabilise les informations de la mémoire à court terme en stockage à long terme. L'hippocampe-néocorticalMémoirela consolidation implique le transfert de la mémoire épisodique de l'hippocampe dans le néocortex pendant le processus hors ligne (comme le sommeil) après des expériences de réveil dansMémoireacquisition

Codes de population

font référence à l'activité de pointe d'ensemble neuronal qui représente et transmet des informations. Les pointes sont le langage neuronal de base pour l'information et la communication. En fonction des circuits neuronaux spécifiques, différentes hypothèses statistiques sont faites sur le principe de calcul ou le support d'informations, telles que le nombre de pointes, la synchronisation des pointes, les codes indépendants ou de corrélation

États HAUT et BAS

sont définies comme des périodes (~ quelques centaines de millisecondes) de déclenchement synchronisé de la population et de dépolarisation généralisée, et des périodes de silence relatif et d'hyperpolarisation, respectivement. Les états DOWN alternent entre les états UP pendant le sommeil à ondes lentes

Potentiel de champ local (LFP)

est considérée comme représentant l'activité sous-seuil agrégée d'une population locale de neurones dans une zone spatialement localisée près de l'électrode d'enregistrement et peut être considérée comme l'information d'entrée dans cette zone. L'analyse spectrale du signal LFP à large bande peut révéler une activité oscillatoire significative à des bandes de fréquences spécifiques

Sommeil REM (Rapid Eye Movement)

une phase de sommeil caractérisée par des mouvements rapides et aléatoires des yeux et un faible tonus musculaire. Le sommeil paradoxal se produit par cycles d'environ 90 à 120 minutes la nuit et représente 20 à 30 % du temps de sommeil chez l'homme adulte. La plupart des activités oniriques humaines se produisent pendant le sommeil paradoxal. Chez les rongeurs, le sommeil paradoxal s'accompagne d'oscillations thêta

Sommeil à ondes lentes (SWS)

une phase de sommeil également connue sous le nom de sommeil non-REM (NREM) ou sommeil profond, représentant environ 75 % du temps de sommeil total, est caractérisée par une activité EEG synchronisée d'ondes lentes avec une fréquence inférieure à 1 Hz et une amplitude relativement élevée. Les fuseaux de sommeil (9–15 Hz) se produisent pendant

Placer un champ réceptif (RF)

une propriété d'accord spatial localisé mise en évidence dans les neurones pyramidaux de l'hippocampe des rongeurs et des chauves-souris. Le RF définit la propriété de tir des cellules de lieu de l'hippocampe par rapport à un emplacement spatial spécifique. Sur une piste linéaire, le lieu RF de l'hippocampe du rongeur est souvent dépendant de la direction

Faux souvenir

fait référence au rappel d'un événement ou d'une observation qui ne s'est pas réellement produit. Les stimuli générés en interne peuvent être associés à des stimuli externes simultanés, ce qui peut conduire à la formation de faux souvenirs

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