L'énigme de la mémoire de travail : changer de point de vue, partie 1

Abstrait

La mémoire de travail présente un grand intérêt en raison de son importance dans la fonction cognitive, de sa relation avec la conscience et de ses déficiences en cas de maladie, mais les mécanismes cellulaires restent insaisissables et controversés.

Les mécanismes cellulaires sont indissociables de la mémoire. La recherche montre que la formation et la préservation de la mémoire sont liées à l’activité des neurones. Les mécanismes cellulaires sont les unités de base qui constituent les neurones, leur fonction, leur structure et leur régulation ont donc un impact important sur la formation et la préservation de la mémoire. Ce qui suit présentera le processus de formation, de préservation et d’oubli de la mémoire du point de vue des mécanismes cellulaires.

La formation de la mémoire repose principalement sur les modifications des synapses. Les synapses sont des éléments clés de la communication entre les neurones. Leurs connexions déterminent non seulement la formation et le fonctionnement des réseaux neuronaux, mais constituent également le principal lieu de formation de la mémoire. Des recherches ont montré que la force et le nombre de connexions synaptiques peuvent être améliorés grâce à l’entraînement et à l’apprentissage, appelés plasticité synaptique. La plasticité synaptique comprend principalement la potentialisation à long terme (LTP) et la dépression à long terme (LTD). La LTP peut prolonger l’excitabilité des neurones, améliorer l’activité neuronale et favoriser la formation de la mémoire. Au contraire, la LTD peut affaiblir l’activité neuronale, conduisant à l’oubli et à l’extinction. La plasticité synaptique est donc essentielle à la formation et à la préservation de la mémoire.

Les mécanismes cellulaires jouent également un rôle important dans la formation et la préservation de la mémoire grâce aux neurotransmetteurs. Les neurotransmetteurs sont des signaux chimiques qui communiquent entre les neurones et régulent l'activité neuronale et la plasticité synaptique. Des recherches antérieures ont montré que la dopamine est un neurotransmetteur important dans la formation et la préservation de la mémoire. La dopamine peut favoriser la formation de LTP et prévenir l’apparition de LTD, renforçant ainsi les connexions entre les neurones et favorisant la formation et la préservation de la mémoire.

De plus, les mécanismes cellulaires influencent également la formation et la préservation de la mémoire grâce à la régulation épigénétique. L'épigénétique fait référence aux phénomènes génétiques qui affectent l'expression des gènes, notamment la méthylation de l'ADN, les modifications des histones, etc. Ces modifications peuvent modifier les niveaux de transcription des gènes, l'activité du promoteur, etc., affectant ainsi l'activité neuronale et les connexions mutuelles. La recherche a montré que la formation et la préservation de la mémoire sont liées à des mécanismes de régulation tels que la modification des histones et la méthylation de l'ADN.

En résumé, les mécanismes cellulaires jouent un rôle essentiel dans la formation et la préservation de la mémoire, non seulement par le biais de la plasticité synaptique, de la modulation des neurotransmetteurs et de la régulation épigénétique, mais également par le biais de nombreux autres mécanismes. Par conséquent, nous devons étudier attentivement ces mécanismes et comprendre leurs fonctions et modes d’action, afin de mieux utiliser ces mécanismes et promouvoir l’amélioration de notre mémoire. On voit que nous devons améliorer notre mémoire. Cistanche deserticola peut améliorer considérablement la mémoire, car Cistanche deserticola peut également réguler l'équilibre des neurotransmetteurs, comme en augmentant les niveaux d'acétylcholine et de facteurs de croissance. Ces substances sont très importantes pour la mémoire et l'apprentissage. En outre, la viande peut également améliorer la circulation sanguine et favoriser l'apport d'oxygène, ce qui peut garantir que le cerveau reçoive suffisamment de nutriments et d'énergie, améliorant ainsi sa vitalité et son endurance.

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Un article récent de Barbosa et ses collègues infirme les conclusions d'une étude influente de Wolff et ses collègues, selon laquelle la mémoire de travail peut être maintenue dans un état caché par la plasticité transitoire des connexions synaptiques qui forment des ensembles dynamiques de neurones codant temporairement des informations. Une nouvelle analyse des données révèle qu'il existe une signature électriquement active persistante dans les enregistrements EEG qui se maintient pendant toute la durée de la mémoire de travail.

Cette nouvelle analyse s'ajoute à un large ensemble de preuves indiquant que la mémoire de travail est codée par un potentiel d'action soutenu.

Cependant, plusieurs études montrent que des souvenirs de travail inconscients (sans surveillance) peuvent être rappelés même en l'absence d'activité neuronale mesurable, ce qui suggère que des mécanismes électriquement silencieux pourraient être impliqués. Tester cette hypothèse est problématique, étant donné qu’elle ne postule aucune activation neuronale qui pourrait être facilement mesurée.

Mots clés

Mémoire de travail, attention, états cachés, perception subliminale, plasticité synaptique, EEG, IRMf et mémoire à court terme.

Contrairement à d’autres formes de mémoire qui conservent des expériences passées pour les rappeler ultérieurement, la mémoire de travail conserve les informations en temps réel lors de l’exécution d’une tâche. Les mécanismes cellulaires de la mémoire de travail peuvent également différer d’autres formes de mémoire, et cela fait l’objet de recherches en cours.

La mémoire de travail a une capacité très limitée et une courte durée (pour un aperçu, voir Linden 2007), mais cette capacité est essentielle pour diverses fonctions et comportements cognitifs. C'est une composante majeure de l'intelligence, et la mémoire de travail est souvent diminuée par des déficiences dues au vieillissement, à la maladie ou à l'intoxication.

Il existe deux théories principales sur le mécanisme de la mémoire de travail : chacun est étayé par des données d’imagerie cérébrale électrophysiologiques et fonctionnelles. Une étude récente (Barbosa et autres 2021) renverse les conclusions d'une étude fondamentale (Wolff et autres 2017) qui soutenait la théorie selon laquelle la mémoire de travail dépend de la plasticité synaptique dépendante de l'activité.

Cela n'a pas été accompli en réalisant de nouvelles expériences, mais plutôt en réanalysant les données de l'article précédent. En utilisant de nouvelles approches analytiques pour réanalyser les données originales, les auteurs trouvent des preuves étayant une hypothèse alternative.

Deux théories pour la mémoire de travail

Deux théories sur le mécanisme de la mémoire de travail sont les « réseaux neuronaux à activité silencieuse » et « l'activité soutenue ». La première propose que la plasticité synaptique dépendante de l'activité couple fonctionnellement les neurones en ensembles neuronaux transitoires qui codent l'expérience (GoldmanRakic ​​1995). Selon cette théorie, la plasticité dépendante du timing des pointes entraîne des changements biochimiques transitoires au niveau des synapses individuelles qui augmentent ou diminuent la signalisation des neurotransmetteurs pour former des réseaux neuronaux dynamiques qui conservent l'expérience.

La dynamique du calcium intracellulaire qui influence la transmission synaptique pourrait être suffisante pour former des assemblages neuronaux transitoires modifiés dynamiquement par de nouvelles informations (Mongillo et autres 2008). Rapidement, ces changements rapides de force synaptique dépendant de l'activité s'atténuent ; Le couplage fonctionnel des réseaux neuronaux se dissout et la mémoire de travail est perdue.

Le stockage temporaire des informations dans la mémoire de travail par de brefs changements dans la force synaptique permettrait un codage rapide des informations qui pourraient être mises à jour dynamiquement pour maintenir de nouvelles informations en mémoire en temps réel. Il est important de noter que les réseaux neuronaux couplés synaptiquement sont électriquement silencieux. Autrement dit, les informations codées dans les réseaux neuronaux sont réactivées pendant le rappel, de la même manière que les mémoires à court et à long terme sont stockées et rappelées, et non par le déclenchement d'un potentiel d'action maintenu dans ces circuits.

L'hypothèse alternative est que la mémoire de travail résulte d'un déclenchement persistant du potentiel d'action. L'activation continue de potentiels d'action serait un moyen improbable et énergétiquement inefficace de stocker des informations pendant de longues périodes, mais comme la mémoire de travail fonctionne en temps réel et ne persiste que quelques secondes, les mécanismes de plasticité synaptique de stockage et de rappel d'informations qui sont responsables du stockage et du rappel des informations à court et à long terme. la mémoire n’est peut-être pas nécessaire.

Au lieu de cela, le déclenchement persistant du potentiel d'action dans les réseaux neuronaux responsables de la perception et du traitement de l'information pourrait conserver l'information dans le but immédiat d'effectuer une tâche cognitive spécifique. En effet, s'il y a conscience d'un événement pendant que le comportement est mis en œuvre, on s'attendrait à un déclenchement persistant du potentiel d'action dans les circuits corticaux.

Il existe des preuves de longue date d'une activation soutenue de potentiels d'action pendant la période de retard précédant le rappel dans la mémoire de travail. Le cortex préfrontal est la plaque tournante de la mémoire de travail car c'est là que divers aspects de l'expérience sensorielle sont combinés pour former un schéma cohérent. Des études pionnières chez les primates non humains ont établi l'importance du cortex préfrontal dans la mémoire de travail (Butters et Pandya 1969), et des enregistrements électrophysiologiques réalisés dans les années 1970 ont révélé une activation neuronale dans le cortex préfrontal de singes soutenue pendant la durée d'une tâche de mémoire de travail (Fuster et Alexander 1971).

De même, une activité accrue soutenue pendant la période de retard dans les tâches de mémoire de travail a également été démontrée par des études d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf; Courtney et autres 1997) et d'électroencéphalographie (EEG; Foster et autres 2016) sur des humains. Le cortex sensoriel et d'autres régions du cerveau peuvent présenter comportement similaire.

Une difficulté, cependant, est qu’une telle activité persistante pourrait être accessoire au mécanisme fondamental de la mémoire de travail ; par exemple, cela pourrait refléter une activité neuronale liée à l'attention (Lewis-Peacock et autres, 2012). En effet, d'autres études ont montré que l'activité neuronale peut augmenter et diminuer pendant la période de retard précédant le rappel. Fréquemment, l'activité neuronale chute à son niveau de base et se rétablit vers la fin d'une période de retard, sans anticipation du rappel nécessaire pour exécuter une tâche répétitive (Barak et autres 2010).

Ensemble, ces études suggèrent que même si l'activation persistante du potentiel d'action peut affecter la mémoire de travail, d'autres mécanismes électriquement silencieux peuvent conserver la mémoire de travail dans certains cas. Une explication parcimonieuse est que les mémoires de travail assistées (celles conservées dans la conscience) et les mémoires de travail non surveillées (non conscientes) peuvent fonctionner à travers des mécanismes cellulaires différents.

Mémoire de travail avec ou sans surveillance

La mémoire de travail peut être maintenue sans conscience, puis rappelée après un signal approprié, comme lorsqu'on oublie le fil de ses pensées dans une conversation, mais qu'on s'en souvient ensuite immédiatement lorsqu'on se souvient de ce qui a été dit quelques secondes auparavant.

À l'appui de cela, une seule impulsion TMS (stimulation magnétique transcrânienne) peut restaurer une mémoire de travail visuelle perdue dans des études sur des humains et augmenter les niveaux d'activité neuronale détectés par l'IRMf et l'EEG qui indiquent le rappel de la mémoire (Rose et autres 2016). Cela conforte l'hypothèse selon laquelle les souvenirs non surveillés sont stockés par des mécanismes autres que le déclenchement du potentiel d'action soutenu.

Dans ces expériences, les participants se voient présenter simultanément deux objets sur un écran d'ordinateur. Après un court délai, on leur a dit lequel des deux retenir. Ainsi, l’image signalée devient le centre de l’attention et est maintenue dans un état de mémoire de travail surveillé.

Une réponse neuronale accrue, détectée par IRMf et EEG dans des expériences distinctes, a été identifiée et correspondait au moment où l'image était reconnue.

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