Chapitre : Plasticité impliquée dans l`apprentissage et la mémoire

Chapitre : Plasticité impliquée dans l’apprentissage et la mémoire
I – Introduction
On ne conçoit pas la mémorisation à long terme des informations sans la
propriété de plasticité du fonctionnement du système nerveux. Dans le domaine
de la mémoire, on va appeler engramme le substrat nerveux du souvenir, c’est-àdire l’ensemble des modifications qui se produisent au sein du système nerveux
central.
Tout d’abord ça va débuter par l’encodage, saisir les informations du souvenir.
Une fois que les informations ont été saisies le souvenir est encore fragile, il ne
va pas d’embler passer en MLT, pour cela il va nécessité une autre opération
appeler la consolidation. Cela a été montrer car si on perturbe l’activité cérébrale
(par exemple avec un deuxième apprentissage juste après le premier, la prise
d’alcool, d’anxiolytique, traumatisme crânien,…) juste après l’acquisition d’un
apprentissage on va constater un déficit de mémorisation des informations.
Ce qui facilite la consolidation, on a par exemple le sommeil (dormir la nuit
suivant l’apprentissage).
En ce qui concerne la MLT, dès les premières études de l’engramme la question
qui s’est posée à été « où rechercher au niveau du SNC cet engramme ? ». A
partir de là, les études qui vont se succéder vont conduire à une idée qui est celle
que l’apprentissage conduit à la construction de multiple représentation,
autrement dit qui possèdent des contenus différents, qui font appel à des
opérations cognitives différentes et qui vont solliciter de nombreuses structures
cérébrales différentes. Aujourd’hui l’idée qui domine est celle de multiple
système de MLT.
II – Recherche de la localisation de l’engramme : la plasticité cellulaire
impliquée dans les apprentissages associatifs.
Au début on abordait la question via l’étude de changement de l’activités des
neurones au cour des apprentissages, l’idée étant de chercher la ou les structures
cérébrales où l’activité des neurones se modifieraient au fur et à mesure de
l’acquisition des informations.
Pour aborder cette question l’approche qui a été suivie à été de choisir un
apprentissage simple, à savoir des conditionnements classiques (apprentissage
associatif donc).
Etude des modifications de l’activité cellulaire lors de conditionnement
Dans un conditionnement classique, on va associer un stimulus qui n’a aucune
signification au départ avec un autre stimulus qui lui a un sens (cf. le
conditionnement de Pavlov).
Dans ces études l’idée était de rechercher les structures qui se modifieraient au
fur et à mesure que le stimulus acquiert une signification.
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Deux paradigmes expérimentaux ont été très utilisés, le premier associait un son
à un jet d’air sur la paupière et la réponse étant le clignement de la paupière, le
second (dit de peur) associait un son à un choc sur les pattes et la réponse est
mesurée en deux types, d’immobilisation motrice et réponse physiologiques
émotionnelles.
Dans le premier paradigme, on a mesuré l’activité des neurones et très vite les
études se sont intéressées à l’hippocampe. Ils ont observés que au fur et à
mesure des essais un changement dans l’activité des neurones de l’hippocampe,
ils sont devenus + actifs avant même que le jet d’air n’ait été fait (donc pendant
le son). Ils ont observés également un changement au niveau de la forme et de
l’amplitude de la réponse. Cependant, les études ont montrées que ces
phénomènes de plasticité cellulaire pouvait être mise en évidence dans de très
nombreuses structures cérébrales. Et surtout on a montré qu’une liaison de
l’hippocampe n’empêchait pas l’acquisition du conditionnement.
Donc à partir de là, les chercheurs ont suivis une autre approche qui a consister à
rechercher les circuits nerveux strictement impliqués dans l’apprentissage.
Recherche des circuits nerveux strictement impliqués dans le conditionnement
Cette approche a été suivie en ce qui concerne le conditionnement de peur. Dans
un laboratoire ils ont commencés leurs études par le cortex auditif primaire, ils
ont cherchés à savoir si une lésion à cet endroit empêchait l’acquisition du
conditionnement, cela est lié au fait que ce cortex est indispensable car il fait
partie du circuit faisant partie du circuit auditif. Les études ont montrés qu’une
lésion n’empêchait pas l’acquisition du conditionnement, en revanche une lésion
du relais précédent (le thalamus auditif) empêche le développement du
conditionnement. A partir de là ils ont cherchés où se projettent le thalamus
auditif et lesquelles sont nécessaire au conditionnement. Un grand nombre
d’étude ont prouvé qu’il y a beaucoup de projection vers l’amygdale qui est
donc vitale dans ce conditionnement de peur, c’est en son sein que va se réaliser
l’association entre le stimulus conditionnel et le stimulus conditionné. Il faut
dire que l’amygdale va être à l’origine des réponses conditionnées. En fait,
l’amygdale projette vers l’hypothalamus, et se sont ses messages qui vont être
responsable des réponses émotionnelles de peur. L’amygdale projette également
sur une structure du tronc cérébral qui va être à l’origine des réponses motrices.
A travers ces données, ils avaient identifiés un circuit strictement impliqué dans
le conditionnement. Les études suivantes vont montrées qu’une section des
projections entre le thalamus auditif et l’amygdale n’empêche pas l’acquisition
du conditionnement donc cela supposait l’existence d’un deuxième circuit.
Les études ultérieures ont montrés que le deuxième circuit passait du cortex
auditif et de l’hippocampe pour projeter vers l’amygdale.
L’hippocampe joue un rôle dans l’acquisition des informations et notamment
celle ayant trait à l’environnement (spatial).
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Le rôle fonctionnel de ces deux circuits varie. Le premier circuit sous-cortical ne
fournit qu’une perception grossière de la situation mais qui va permettre une
réponses rapide et ce circuit est inconscient. En revanche le second circuit
cortical va fournir une analyse détaillé de la situation et va donner l’accès
conscient à la situation, mais par contre il nécessite un peu + de temps.
Les deux circuits vont être mis en jeu dans le cas de stimulation de peur.
Aujourd’hui on pense que le circuit inconscient joue un grand rôle au niveau du
stress post-traumatique, rien que la présentation à nouveau de stimuli lié à la
scène traumatique met le sujet dans une situation émotionnelle très importante.
L’idée est que le circuit inconscient est celui qui domine et serait à l’origine de
la réponse émotionnelle.
A partir de l’étude des circuits impliqués dans le conditionnement de la peur ont
été mis en évidence deux circuits faisant le traitement de l’information de façons
différentes mais en parallèle.
Mise en évidence de circuits de traitement parallèles des informations à
mémorise, apport de la neuropsychologie.
Dans les années 70/80, un certain nombre d’études vont amener à l’idée de
l’existence de circuits parallèles traitant des aspects différents. La plupart vont
se basées sur des sujets amnésiques et notamment sur un sujet célèbre nommé
HM.
En 1953, HM est un jeune opérateur radio de 27 ans qui souffre d’épilepsie. Il
va subir une opération chirurgicale qui consistera à réalisé une lésion bilatérale
du Lobe Temporal Médian.
Après l’opération il ne présentait plu d’épilepsie mais il présentait des soucis de
mémoire, il était incapable d’acquérir de nouveau souvenir. C’est ce qu’on
appelle une amnésie antérograde. Il va présenter également une amnésie
rétrograde, il a perdu ses souvenirs qui concernent les 5/7 années précédant
l’opération.
La MCT est restée préservée, tout comme ses connaissances générales, son QI
est comparable à celui évalué avant l’opération et la lésion du lobe temporale
n’a pas induit de changement de la personnalité.
Des études ont montrées que certaines capacités restaient intactes pour acquérir
des habilité motrices, perceptivo-motrices et cognitives. La première étude à
avoir montré cela est une étude portant sur la tâche du tracé dans le miroir, les
performances de HM était les mêmes que pour un sujet contrôle. Très vite il a
été également montré un autre type de capacité préservée chez les amnésiques
qu’est la capacité d’amorçage.
Via ses études ont a montrés qu’il existe deux types de MLT. Un système qui va
être affecter lors de la lésion du lobe temporal médian (appelé système de
mémoire déclarative) et puis le système, préservé chez les amnésiques, faisant
appel à d’autres structures (appelé système de mémoire non-déclarative), ce qui
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les distingue est que le premier requiert la conscience alors que le deuxième
repose sur des processus inconscients.
Aujourd’hui on considère qu’il existe en MLT deux types de mémoires :
- la mémoire déclarative (explicite) qui peut être rappeler par un rappel
conscient, elle permet l’utilisation flexible des informations, cela
permet des relations entre elles. Ces relations peuvent se faire et se
défaire, s’adapter à la situation. Les informations mises en relation
n’ont pas besoin d’avoir été présentées en même temps. Cette même
mémoire est composé de :
o mémoire épisodique (souvenirs,…)
o mémoire sémantique (faits, concepts,…)
La distinction se faisant par le fait qu’un souvenir se situe toujours dans
un contexte spatio-temporel alors qu’un concept non.
- La mémoire non-déclarative (implicite) est celle permettant
l’acquisition d’habileté. Ces habiletés pour être acquise vont nécessité
la mise en jeu des ganglions de la base. L’amorçage va mettre en jeu le
cortex. Le conditionnement va mettre en jeu l’amygdale. Les réponses
motrices mettent en jeu le cervelet.
La neuropsychologie a mis en avant l’existence de ces systèmes parallèles.
Cependant ces systèmes de mémoire vont intéragir et coopérer, la MLT est un
processus dynamique qui va faire appel à des processus différents au cour du
temps.
Réorganisation des circuits nerveux sous-tendant la MLT
Lorsqu’on est soumis à un apprentissage, nos performances le + souvent vont
dépendre de la mise en jeu de la mémoire déclarative qui va nous permettre de
réaliser des associations entre les différents stimuli de la situation, association
qui sont flexibles et qui peuvent se modifier, ce afin de déterminer la réponses
comportementale la mieux adaptées. Une fois que les performances vont se
stabilisées on va observer que la répétition des séances va conduire à une
automatisation des réponses, automatisation qui elle va faire appelle à la
mémoire non-déclarative.
Cela a été montré dans une étude qui a été refaites de nombreuses fois.
Il s’agit d’une étude portant sur les rats. On soumet les animaux à un
apprentissage dans un labyrinthe en croix en bloquant un accès à une branche (il
devient en T alors). L’animal part toujours du même point de départ et le
renforcement (nourriture) est toujours au même endroit. Cet apprentissage à
toujours lieu dans une pièce où rien ne change (permet à l’animal d’avoir des
repères). On va soumettre les animaux à 4 essais par jour, pour la moitié des
animaux ont va les tester au 8ème jour et l’autre moitié au 16ème. Lors du test, on
ne les fait pas partir du point de départ, on les fait partir de la branche opposé et
on bloque l’accès à la branche de départ précédent, également on ne met pas de
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nourriture. La question est ce que les animaux vont faire, si ils vont se baser sur
les indices spatiaux ou est-ce qu’ils vont refaire le même schéma habituel de
déplacement. Parmi les animaux certains vont avoir une activation de
l’hippocampe et pour d’autre une activation du striatum.
Au niveau des résultats (cf. figure 24), à 8 jour les sujets contrôles sont 80% à
tourner à gauche (se base sur les informations spatiales), si l’hippocampe est
désactivé (via anesthésie) on observe pas ce comportement. Le fait d’inactivé
l’hippocampe a des effets sur le comportement. A 8 jours, l’injection de
l’anesthésique au niveau du striatum n’a pas de conséquence.
A 16 jours, on voit qu’on observe pas du tout le même comportement qu’à 8
jours. 80% des animaux tournent à droite, choisisse donc la réponse motrice, ils
ne prennent plu en compte les informations spatiales. Si on inactive
l’hippocampe, ça n’a pas de conséquence, si on inactive le striatum, on observe
des résultats comparables à ceux observés à 8 jours (tourne à gauche, prend en
compte les informations spatiales).
A travers cette expérience, on voit qu’il y a une réorganisation dans les circuits
nerveux et qu’on va faire appel à des processus différents.
Un autre exemple de réorganisation des circuits nerveux impliqués dans la
MLT : chez HM il a été rapporté le fait qu’il est perdu un certain nombre de
souvenir remontant jusqu’à 7 ans avant l’opération, mais il n’a pas perdu les
souvenirs qui étaient antérieur. A partir de là s’est développé l’idée qu’au cour
du temps il y aurait un désengagement progressif de l’hippocampe dans le
stockage à long terme des informations. Dans le stockage à très long terme
interviendrait donc d’autres régions cérébrales, certains cortex. Pour perdre
l’ensemble des connaissances il faudrait une atteintes corticales généralisées.
On a montré cela chez l’animal, chez qui on a pas besoin d’attendre des années.
Dans une étude, des souris sont soumis à un apprentissage spatiale dans un
labyrinthe à 8 branches, seules 3 sont renforcées (nourriture) et toujours les
mêmes. On soumet ces souris à cet apprentissage, et une fois le critère de 80%
de réponses correctes on va les soumettre à un test de rétention, un groupe
soumis à 5 jours et un autre à 25 jours et on regarde les zones activées. Ce que
montre les résultats c’est qu’à 5 jours on a une activation de l’hippocampe alors
qu’à 25 jours ce n’est plu le cas, en revanche le cortex préfrontal n’est pas activé
à 5 jours alors que c’est le cas à 25. Pour montrer leur implication dans le test de
rétention, on a fait une deuxième étude cette fois-ci où les animaux sont soumis
à la même tâche et testés à 1 jour puis à 30 jours. Dans la deuxième étude il y a
des sujets contrôles, des sujets chez lesquels on inactive l’hippocampe et des
sujets où on inactive le cortex frontal.
A 1 jour seul l’inactivation de l’hippocampe a une incidence sur les
performances. A 30 jours si on inactive l’hippocampe, cela n’a pas de
conséquence. Inversement pour le cortes préfrontal.
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Cela conduit a penser le rôle de ces deux structures. A travers cette étude on voit
bien une réorganisation des circuits nerveux.
A partir de là les chercheurs vont tenter de voir ce qui se modifie exactement
dans chaque structure donnée lors d’un apprentissage. Pour cela ils vont
s’intéressés aux propriétés fonctionnelles (à quoi ils répondent, à quoi ils sont
sensibles,…) des neurones.
III – Etude des phénomènes de plasticité cellulaire
Les cellules de l’hippocampe
Depuis les années 70 on sait que l’hippocampe est impliqué dans les processus
mnésiques et + particulièrement dans les apprentissages spatiaux.
Les études au cour desquelles l’enregistrement de l’activité neuronale de
l’hippocampe a été fait ont également montré que les neurones traitaient les
informations spatiales.
Dans ces études il a été montré que les neurones de l’hippocampe dans un
environnement connu par l’animal répondait sélectivement à un endroit donné
de l’environnement lorsque la tête de l’animal était à cet endroit précis. A partir
de là on a appelé les cellules de l’hippocampe des « cellules de lieu ».
Cf. figure 29
A partir de là a été proposé qu’au sein de l’hippocampe va se construire une
carte cognitive de l’environnement. Cette carte est aujourd’hui pensé comme
étant une aide à l’animal pour avoir connaissance de sa position relative dans
l’environnement.
Ces cellules de lieu ne s’observe que lorsque l’animal connaît l’environnement.
La première fois qu’on place l’animal dans la pièce expérimentale on observe
pas de réponse sélective pour un endroit donné. Si on enregistre une activité
dans 2 endroits différents tous deux connus par l’animal, il a été montré que
l’activité des cellules de lieu n’est pas lié à la présence ou non de nourriture dans
l’environnement, ni au succès/échec dans la tâche comportementale,… Ces
réponses n’étaient pas non plu lié à un comportement moteur. Il a également été
mis en évidence que ce n’était pas un indice particulier de l’environnement qui
contrôlait l’activité des neurones mais l’ensemble des indices et leur
configuration.
On observe que les cellules de l’hippocampe deviennent + actives et effectuent
un nouvel encodage de l’environnement quand ce dernier change.
On s’est aussi posé la question des modalités sensoriels dans les changements
des neurones de l’hippocampe.
Dans une première étude on a placé l’animal dans un environnement connu pour
lequel se sont développé des cellules de lieu. Ils placent l’animal dans
l’environnement connu et éteignent la lumière, on regarde alors comment les
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neurones répondent dans ce cas là. Ils obtiennent exactement les mêmes résultats
que si la lumière était allumée.
On refait l’expérience en plaçant l’animal dans l’environnement connu mais
uniquement dans l’obscurité (alors qu’avant on lui laissait quelques minutes
dans la lumière avant d’éteindre). Dans ce cas là, c’est différent, le rat va recoder
l’environnement en se basant sur les informations tactiles, proprioceptives,…
Dans une troisième situation, on a fait avec des rats aveugles qui explorait
l’environnement dans lequel ils avaient placés différents objets. Ils ont montrés
que se développent des cellules de lieu comme les rats non-aveugles.
Il n’y a donc pas que les informations visuelles qui sont pris en compte mais des
autres sens également.
Plasticité cellulaire au niveau des cortex sensoriels primaires
Au niveau du cortex auditif comme au niveau des autres cortex sensoriels on va
avoir une autre organisation sensorielle et on va voir certaines organisations
fonctionnelles qui se modifient au cour d’apprentissage.
Un son dépend de 3 paramètres : Intensité/Fréquence/Temps
Au niveau du système auditif, on va retrouver l’organisation fonctionnelle
depuis l’organe sensoriel jusqu’au cortex auditif primaire. Cette organisation est
faites en fréquence qu’on nommera tonotopique.
En fonction de la zone, dans la cochlée, les neurones ne seront pas sensibles aux
mêmes fréquences en fonction de leur place dans la cochlée (les + au centres ont
les + basses fréquences).
Cette organisation tonotopique (en fonction des fréquences) va se retrouver au
niveau du système auditif : dans le cortex auditif au niveau du lobe temporal.
Chaque neurone va avoir une fréquence préférentielle ainsi qu’une gamme de
fréquence. Pour chaque neurone on définit sa gamme de fréquence auquel il
répond, son champ de secteur. Il a été montré qu’au cour d’un apprentissage les
neurones pouvaient montrés un changement dans leur réponse auditive et ne plu
avoir la même réponse préférentielle. Les premières études qui ont montrées
cela sont des études dans lesquelles les animaux étaient soumis à un
conditionnement sons/chocs. On a pu voir à la suite de ces études que beaucoup
de ces neurones vont répondre au son associé au choc.
Cf. figure 31
On observe qu’après 5 essais c’est que si on présente le son associé au choc on
obtient à nouveau une réponse mais moins importante que celle avant le
conditionnement.
Les acouphènes sont des sons incessants en absence de toute stimulation
auditive et ce ne sont en aucun des sons hallucinatoires, le sujet c’est que ça
provient de lui-même. On peut les entendre après une lésion de la cochlée, un
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traumatisme auditif, une surexposition sonore (haut-parleur trop fort), après du
vieillissement…
Pour induire expérimentalement des acouphènes, on soumet des animaux à des
fortes doses sonores avec une injection à forte dose d’aspirine (qui induit la mort
de cellule de la cochlée). Avant de les induire, on soumet les animaux à un
conditionnement silence/choc dans un environnement bruyant. On applique la
méthode pour induire les acouphènes et on voit que lorsque le silence revient
l’animal n’a plu la réponse comportementale d’avant lors du dit silence,
prouvant qu’il ne l’entende plu.
On a observé un changement d’activité neuronale au niveau du cortex auditif.
L’idée est que l’acouphène est dû à une réorganisation du système auditif +
particulièrement dans la zone de fréquence de l’acouphène.
Le cortex somesthésique ou somatosensoriel
Il y a à son niveau une organisation dit somatotopique, une représentation
organisée des différentes parties du corps. Chacune des zones du cortex
répondent à différentes parties du corps. Cette représentation du corps n’est pas
corrélée à la surface des différentes zones du corps (le visage et les mains sont
sur-représentés tandis que le corps est sous-représenté), elle va être fonction
notamment de la sensibilité.
Cette organisation somatotopique se modifie en fonction des expériences et
apprentissages, des habiletés développées,… elle ne dépend donc pas
uniquement que de la sensibilité.
Cf. figure 30
Une étude pour le prouvée à été menée sur le singe, il a été soumis à un
entraînement pendant 20 semaines où il devait s’entraîner avec le majeur à faire
tourner une roue à une certaine vitesse. Entraînement massif d’une heure par
jour pendant 20 semaines, cela va modifier la perceptivité au niveau du bout des
doigts et se sont intéressés à leurs représentations au niveau du cortex
somesthésique. On a remarqué que après l’entraînement, les zones concernés par
les 2 doigts étaient beaucoup + large qu’à avant l’entraînement.
Aujourd’hui on a montré que ces changements sont très rapides.
Il a été également montré des réorganisations au niveau du cortex moteur
primaire où il y a également donc une représentation somatotopique.
Ces représentations sont un peu des signatures individuelles de nos capacités
perceptuelles et de nos habiletés. D’un individu à un autre, on ne retrouvera pas
les mêmes représentations.
Cf. p°35 à 37
Parallèlement des recherches se sont intéressées à des niveaux synaptiques avec
l’idée que des changements à ce niveau peut être la cause de ces phénomènes de
plasticité cellulaire.
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IV – Changement synaptique
L’idée de changement au sein des synapses est une vieille hypothèse qui
apparaît dans les années 40. Longtemps elle ne restera qu’une hypothèse
théorique, ce n’est qu’en 1973 que sera menée la première expérience montrant
que le fonctionnement des synapses peut se modifier. Cela est montré par la
découverte du phénomène de potentialisation à long terme qui va montrer que
les synapses de l’hippocampe sont particulièrement plastique.
Il faut savoir qu’au niveau de l’hippocampe il y a une organisation cellulaire
particulière sous forme de couche.
Il a été montré qu’une stimulation à haute fréquence du faisceau de fibre qui
vient du cortex et qui se termine dans l’hippocampe augmentait de façon durable
l’efficacité des synapses activées.
Cf. figure 32
Au final on voit que le message synaptique passe mieux à la fin de l’expérience.
Le phénomène de potentialisation à long terme :
- elle est spécifique des synapses actives
- il faut que l’intensité de stimulation fasse décharger les neurones postsynaptiques (émission de potentiel d’action)
Les mécanismes responsables de ce phénomène, ils sont divisés en 2 catégorie :
- ceux de l’induction de la potentialisation à long terme
- ceux du maintien
Ce phénomène de potentialisation à long terme a été observé au niveau des
récepteurs à glutamate de l’hippocampe. On a montré que d’autres structures
(thalamus,…) présentent une potentialisation.
Ce phénomène de plasticité synaptique est lié à un type de récepteur du
glutamate.
Le glutamate possède 3 grands types de récepteurs (Cf. figure 33) :
- Un récepteur AMPA qui est couplé à un canal ionique qui provoque
l'entrée de sodium (NA+) dans le neurone post-synaptique lorsque du
glutamate s'y fixe. Cette entrée de sodium amène la dépolarisation
locale du dendrite.
- Un récepteur NMDA1 qui est également un récepteur couplé à un canal
ionique, mais c'est le calcium qu'il laisse entrer de façon privilégiée
dans la cellule. Au potentiel de repos de celle-ci, ce canal calcique est
cependant bloqué par des ions magnésium (Mg2+) qui, même si du
Impliqué dans l’exytotoxicité, impliqué lors d’accident vasculaire cérébral ou de trauma crânien par exemple,
en effet le manque d’oxygène induit une très forte libération de glutamate qui elle-même va induire donc une très
forte activation des récepteurs (Cf. figure 34) et donc une très forte entrée de sodium et de calcium, allant au-delà
de ce qui induit la potentialisation et allant jusqu’à la dégradation du neurone en question, des processus de mort
cellulaire.
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glutamate s'y fixe, empêche l'entrée de calcium dans le neurone. Pour
que ceux-ci se retirent du canal, le potentiel membranaire du dendrite
doit être dépolarisé. On dit que ce canal est voltage-dépendant.
Cf. figure 34
-
Un récepteur métabotropique (couplé à un système de second
messager)
Une stimulation à basse fréquence entraîne une dépression à long terme, une
baisse de la potentialité à long terme des éléments post-synaptiques.
Cf. figure 35
Au niveau du maintien de la potentialisation à long terme, suite au trait de
stimulation à haute fréquence dans la partie post-synaptique on observe une
forte augmentation de la quantité de calcium, la conséquence de cela est que ça
va activé des protéines qui ont besoins de calcium pour être actives et à partir de
là ça va déclenché différentes cascades d’activation de protéines. Cela va avoir
des conséquences de plusieurs types :
- un changement dans les propriétés des récepteurs, par exemple le
récepteur AMPA va devenir + sensible (il va fixer mieux le glutamate)
- une activation de gène, un changement dans l’expression de gène donc
au niveau du noyau. Parmi ces gène un code pour le récepteur AMPA,
on observe alors une augmentation du nombre de récepteur synthétisé.
- Un changement de morphologie, notamment au niveau de la forme des
synapses
A partir de là, la question qui se pose est est-ce que les mécanismes de
potentialisation à long terme sont-ils impliqués dans les mécanismes de la
mémorisation ?
Beaucoup d’études ont abordées ce sujet, ici on va en voir deux.
Une première étude montrant qu’il y a bien une implication.
Dans cette première étude, l’approche utilisée a consisté à savoir si un bloquant
pharmacologique de la potentialisation à long terme entraînait des déficits dans
l’acquisition d’un apprentissage.
Comme bloquant de la potentialisation à long terme on peut prendre un bloquant
du récepteur NMDA. En faisant cela on bloque la plasticité synaptique, mais pas
la transmission. Dans l’études ils l’ont injecté directement dans l’hippocampe.
Ensuite ils ont choisis un apprentissage mettant en jeu l’hippocampe, tel qu’un
apprentissage spatial. Cet apprentissage était celui de l’apprentissage de la
piscine de Morris (avec la souris, la petit plate-forme légèrement immergée qui
ne bouge pas qui flotte, la piscine remplie d’eau opaque et des repères sur les
murs de la pièce). Les résultats de l’expérience sont présentés à la figure 37, on
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voit que pour les 3 groupes on observe au fur et à mesure des essais une
réduction du temps pour aller sur la plate-forme et même pour le groupe
recevant l’antagoniste NMDA. Si on se base que sur ces résultats on pourrait
penser que les récepteurs ne joue pas dans l’apprentissage, mais en analysant la
stratégie mis en place par les rats (voir figure 38), on voit que les animaux
contrôles passe le + de temps dans la zone où il y a la plate-forme alors que les
animaux ayant reçus le bloquant on voit que eux font le tour de la piscine les
faisant tomber forcément à un moment sur la plate-forme. La réduction du temps
pour aller à la plate-forme est donc dû à cette stratégie, ils n’avaient pas appris à
localiser où était la plate-forme.
A partir de là, on peut dire que cette étude mettait en évidence que l’activation
des récepteurs NMDA est nécessaire à l’acquisition d’une tâche spatiale. Cette
étude suggérait que la potentialisation à long terme, du moins dans
l’hippocampe, est impliquée dans la mémorisation.
Actuellement on ne fait plu d’étude en rapport à la pharmacologie mais chez des
animaux où on a occasionné une mutation en empêchant l’expression de tel ou
tel gène. Dans les premières études a été réalisé un blocage des récepteur
NMDA. Par la suite, ils ont réussis à bloquer l’expression du gène codant les
récepteurs NMDA seulement dans l’hippocampe.
Ils ont cherchés à voir si les souris avec ce blocage avait des déficits dans les
apprentissages spatiaux (déjà démontrés ça) mais en allant + loin, ce qui a été
montré également c’est que chez les souris n’exprimant pas le récepteur NDMA
au niveau de l’hippocampe, on observait pas de cellules de lieux normales. Cela
affectait les propriétés des neurones de l’hippocampe. Les neurones ne
développent pas une réponse sélective à un endroit donné.
V – Plasticité post-lésion
Les lésions peuvent être causées par un accident vasculaire cérébral, lors d’une
intervention chirurgicale (on va faire des lésions chez des personnes présentant
une tumeur ou chez des personnes souffrant d’épilepsie grave pour retirer le
foyer épileptique),…
Les conséquences d’une atteinte cérébrale ne sont pas forcément irréversible.
On va dans un certains nombre de cas observés une récupération qui peut
demander des mois ou des années. De nombreux facteurs vont déterminer si
l’atteinte est permanente ou provisoire et vont jouer un rôle dans le temps
nécessaire à la récupération.
La récupération lors d’ASC va dépendre de la survie du tissu touché, de la
remise en fonction de la zone autour de la zone touchée ; aujourd’hui les
traitements doivent intervenir très vite notamment pour remettre en marche la
zone autour de la lésion pour qu’elle soit le moins possible affectée.
Les facteurs impliqués dans la récupération sont :
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- l’âge de la lésion : pendant longtemps une idée prédominait qui était
celle selon laquelle + on est jeune moins il y a de conséquence suite à
une lésion (principe de Kennard). Par une étude expérimental, on a
montré cela auprès de singe avec des lésions au cortex moteur à
différents âges. Cette étude montrait que si la lésion avait lieu 2 mois
après la naissance on observait aucune conséquence, alors que si elle
avait lieu à 1 an on observait non seulement des déficits importants
ainsi qu’une absence de récupération. Aujourd’hui il faut largement
nuancé ce principe, l’une d’elle est que la récupération va être fonction
du degrés de maturation fonctionnelle atteinte par les zones concernées
lorsque survient la lésion. Une autre nuance est que la récupération va
être fonction de la possibilité que d’autres zones du cerveau puissent
prendre en charge la fonction qui a été touchée par la lésion.
Pour illustrer ça on va prendre l’exemple du langage.
Des études se sont intéressés aux lésions entraînant un déficit du
langage chez l’enfant au niveau de l’hémisphère gauche. Si la lésion a
lieu avant 1 an, ça n’a aucune conséquence. Si c’est tout l’hémisphère
qui est enlevé, on va remarquer des retards dans certaines acquisition
mais à 7 ans il n’y aura plu de différences avec les sujets contrôles.
Si les lésions surviennent après 1 an, des sujets avec une lésion a un
endroit précis peuvent montrer des déficits à un moment donné mais au
bout d’un certain temps ce déficit va disparaître. Si on enlève tout
l’hémisphère, il a été décrit certaines difficultés (troubles dans la
grammaire, dans la compréhension) mais cependant le langage se
développe, cela a notamment été observé chez qui ont a retiré tout
l’hémisphère gauche à l’âge de 9 ans.
Dans les cas de lésion au niveau de l’hémisphère gauche chez l’enfant,
le développement du langage peut être ralenti, on peut détecter certain
déficit du langage mais néanmoins il se développe et ne diffère pas
fondamentalement du langage normal.
Les régions qui chez l’adulte sont impliquées dans le langage ne sont
probablement pas les seules à pouvoir assurer un rôle dans le langage.
Pour les capacités visuo-spatiales, on est pas dans le même cas que
pour le langage, il a été montré que des lésions pariétales dans
l’hémisphère droit lors des premières années de la vie peuvent avoir
des conséquences irréversibles (reconnaissance des visages,
orientation,…).
- La vitesse de développement de la lésion : si l’atteinte est progressive,
il y aura moins de conséquences que si elle est brutale. Ce facteur est
connu depuis longtemps car il a été mis en évidence chez les personnes
souffrant d’un hydrocéphalie2 un certain nombre présentait qu’il ne
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Les ventricules latéraux contenant le liquide cépahalo-rachidien sont bien + important que chez les sujets
normaux
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restait plu qu’une toute petite partie du cerveau (5%) mais sans pour
autant n’avoir de conséquence sur la vie sociale du sujet (comme un
cas récent en France la montré)
Suite à des tumeurs se développant de manière très progressives, des
études récentes ont montrées que chez ces patients le fait de l’enlever
n’a pas de forcément de conséquence fonctionnelle.
- l’activité, l’entraînement qui suit la lésion : les conditions
environnementales dans lesquelles se trouvent le sujet après la lésion.
Un animal lésé placé dans un environnement enrichie (plusieurs, pleins
d’éléments, grande cage,…) récupère mieux qu’un environnement
normal.
Cf. dernière page du fascicule pour voir les différents types de réorganisation
Ces réorganisations ne sont pas du à l’augmentation du nombre de neurone. Il
est possible que les neurones fassent soient de nouvelles synapses soient de
nouvelles branches d’axones.
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