physiologie, exploration et physiop

SNP – La mémoire : physiologie, exploration et physiopathologie
31/10/2014
COLOMBET Claire L3
CR : Claire MARIE
Olivier Felician, SNP
10 pages
La mémoire : physiologie, exploration et physiopathologie
Plan
A.Physiologie
I.Quelques repères historiques
II.Mécanismes cellulaires de la mémoire : LTP
III.Organisation anatomo-fonctionnelle de la mémoire
B.Exploration clinique de la mémoire
C.Physiopathologie : les grands syndromes amnésiques
I.Le syndrome de Korsakoff
II.L’ictus amnésique
III.Les autres causes d’amnésies aiguës
A. Physiologie
La mémoire est un processus mental qui permet la création d’une trace durable d’une information dans le
cerveau. Quand on reçoit une information, elle va être traitée (mémoire à court terme, encodage). Puis le plus
souvent, elle est oubliée ou alors elle est stockée (sous une forme plus ou moins dégradée), consolidée
(mémoire à long terme) pour servir ultérieurement (récupération). Il y a donc un tri des informations pour
choisir celles qui doivent être retenues.
I. Quelques repères historiques
 Franz Joseph Gall (1757-1828) et la phrénologie :
Il liste 27 facultés (fonctions mentales) morales et intellectuelles fondamentales (l’âme est jusqu’alors
considérée comme indivisible, il met en place le fait que les processus mentaux sont individualisables).
Ces facultés sont sous-tendues par différentes parties du cerveau.
Il est le premier à parler d’une non -équipotentialité du cerveau (cerveau segmenté en différents
territoires).
Il considère que les animaux et les hommes partagent de nombreuses similitudes (19 facultés sur 27).
C’est la base de l’expérimentation animale.
Il émet également un postulat faux (dont on a eu du mal à se débarrasser) : l’idée qu’une fonction est
d’autant meilleure que la part du cerveau qui lui est subordonnée est quantitativement importante.
D’où la création de la phrénologie : art de reconnaître les instincts, les penchants, les talents et
dispositions morales et intellectuelles des hommes et des animaux par la configuration de leur cerveau
et de leur tête.
 Santiago Ramon y Cajal (1852-1934) : neuroanatomiste espagnol.
Pour lui, la formation de la mémoire ne nécessite pas la production de neurones supplémentaires, elle se
constitue par le renforcement de connexions entre les neurones existants ce qui augmente l’efficacité de
leur communication.
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Pour qu’une partie du cerveau soit très fonctionnelle, il ne faut pas de neurones en plus.
 Donald Hebb (1904-1985) :
Il émet un postulat dérivé de l’hypothèse de Cajal : « lorsque l’axone d’une cellule A est suffisamment
proche d’une cellule B pour l’activer, et que la cellule A active la cellule B de façon répétée, voir
permanente, des processus de croissance ou des changements métaboliques se mettent en place, dans
l’une d’elles ou dans les deux, afin que l’efficacité de A à exciter B soit augmentée. ». Ce principe sera
vérifié plus tard de façon expérimentale, il pose les bases des mécanismes biologiques de la mémoire.
II. Mécanismes cellulaires de la mémoire : LTP
La mémoire est sous tendue par un mécanisme : la LTP (Long Term Potentiation) ou potentialisation à long
terme.
Elle est décrite pour la première fois par Lomo et Bliss (années 70) grâce à une expérimentation sur
l’hippocampe du lapin.
L’hippocampe fait partie du cortex cérébral (archi cortex). Il est situé dans la région temporale interne.
Dans l’expérience, des électrodes sont disposées sur l’hippocampe du lapin :
– une est mise sur la voie afférente de l’hippocampe, aussi appelée voie perforante, qui est la voie qui
apporte les informations. Elle est stimulatrice (cellule pré-synaptique).
– l’autre est placée sur le gyrus denté (couche cellulaire qui reçoit les informations) qui recueille la
réponse électrique induite par la stimulation (cellule post-synatique).
L’effet attendu est qu’une stimulation unique génère un potentiel d’action post-synaptique excitatoire (PPSE)
dans le gyrus denté.
L’effet non prévu est que la réponse des cellules post-synaptiques à ces stimulations uniques est augmentée,
durant une période prolongée – de quelques minutes ou heures à quelques jours (potentiel post-synaptique
d’amplitude supérieure) si un train de stimulations à haute fréquence a été au préalable appliqué aux fibres
pré-synaptiques.
 C’est la potentialisation à long terme qui est la base de la mémoire au niveau cellulaire.
Le premier groupe de triangles
représente la réponse normale à
une stimulation (PA normal).
Après le train de stimulations,
une stimulation unique donne une
réponse qui est plus
forte (amplitude supérieure). Et
ce, même après une longue
période (à 120 min, le PA a
encore une amplitude supérieure).
Puis la LTP a été généralisée:
– à d’autres structures cérébrales (cortex, cervelet, amygdale…)
– à d’autres espèces animales non humaines
– à l’homme indirectement sur des cultures cellulaires
Les mécanismes moléculaires de la LTP sont liés à la plasticité synaptique.
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Au début des années 80, on découvre des molécules avec une action sélective sur les récepteurs
pharmacologiques en particulier sur les récepteurs glutamatergiques (récepteurs NMDA, AMPA, kaïnate).
On découvre que si on utilise un anti-NMDA, on empêche la LTP (sans action sur ses récepteurs AMPA). De la
même façon, si on utilise un anti-NMDA, mais après un train de stimulations (c’est-à-dire après la mise en
place de la LTP), cela n’interfère pas avec la LTP qui est déjà établie. C’est donc l’induction de la LTP qui
dépend des récepteurs NMDA.
Nous allons voir maintenant de façon plus précise ce qu’il se passe au niveau de la synapse lors du LTP.
Au niveau d’une synapse, après une stimulation unique normale, il y a libération du glutamate par le neurone
pré-synaptique puis fixation sur son récepteur AMPA en post-synaptique. Puis le sodium va entrer dans le
neurone post-synaptique ce qui entraîne une dépolarisation et un potentiel d’action.
Lors de l’induction de la LTP, le train de stimulations va entraîner une libération massive de glutamate. Ceci
va activer des récepteurs en post synaptiques et entraîner un potentiel d’action comme vu précédemment. Mais
d’autres récepteurs vont être activés : les récepteurs NDMA. Ils vont entraîner une entrée de calcium massive
dans le neurone post-synaptique (le Mg qui fermait le canal va partir, permettant l’entrée du calcium). Cette
entrée de calcium déclenche une cascade d’actions : activation de protéine-kinases, de tyrosine-kinases, de
facteurs de transcription… ce qui va aboutir à la fabrication de récepteurs glutamatergiques AMPA
supplémentaires pour le neurone post-synaptique.
Après l’induction de la LTP, une stimulation unique va entraîner une réponse plus importante du fait du nombre
de récepteurs augmenté.
 La LTP va induire à l’échelle structurale des modifications synaptiques qui sont la base de la
plasticité synaptique.
La LTP est en lien avec le comportement, c’est-à-dire la mémoire. Nous allons voir les liens qui existent entre
ces deux composantes.
Des scientifiques ont développé des méthodes pour limiter ou abolir la LTP à l’échelle cellulaire. On soumet un
animal à l’apprentissage puis à des molécules qui vont limiter le processus de LTP :
 antagoniste du NMDA
 altération de la synthèse ou du fonctionnement des protéine-kinases.
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L’altération de l’induction de la LTP et les troubles de la mémoire peuvent se mesurer de façon variable : chez
la souris il existe le test de la piscine de Morris. Dans une piscine de 1m50 de diamètre, on installe une plateforme juste sous le niveau de l’eau donc invisible. La souris « a pour consigne » de retrouver la plate-forme
grâce à des repères visuels. Quand on administre un anti-NMDA, la souris a des difficultés à apprendre la
position de la plate-forme.
 Il y a donc des modifications à l’échelle moléculaire et cellulaire mais aussi une traduction sur le plan
comportemental.
LTD (Long Term Depression) est un autre phénomène de plasticité synaptique, inverse de la LTP : il y a une
décroissance de l’amplitude des réponses post-synaptiques après une stimulation à basse fréquence. Son rôle
dans la mémoire est encore débattu.
 LTP est un facteur clé dans l’apprentissage. C’est un facteur de plasticité cérébrale
 à l’échelle synaptique :
 efficacité synaptique augmentée
 contacts synaptiques plus nombreux
 à l’échelle de systèmes neuronaux : constitution et sélection de réseaux
III. Organisation anatomo-fonctionnelle de la mémoire
Henry Gustave Molaison (patient H.M.) et Brenda Milner (neuropsychologue):
Le patient H.M. est né en 1926 dans le Connecticut et décédé en 2008. Il
avait des crises d’épilepsie partielles à partir de l’âge de 10 ans et des
crises généralisées à partir de 16 ans. Ses crises étaient très invalidantes
et pluriquotidiennes. Son adaptation sociale en a été très touchée. Ce
patient a été mondialement connu, très étudié par les médecins
(notamment B.Milner) et a permis de comprendre beaucoup de choses
sur la mémoire et ses différents aspects.
Dans les années 50, les soins n’étaient pas aussi développés que
maintenant (pour ce type de pathologie) et une chirurgie lui a été
proposée à 27 ans. Le chirurgien lui a enlevé toutes les régions
temporales internes. Plus tard dans les années 90, on lui a fait une IRM
pour voir l’étendue exacte de la résection : H.M. n’avait plus les
hippocampes (et les régions en dessous) ni les régions temporales
antérieures internes ni les amygdales (cf la vue inférieure et la coupe
coronale du cerveau de H.M.).
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Le résultat de l’opération a été une amnésie totale. Il ne se souvenait pas des 10 dernières années : c’est une
amnésie rétrograde majeure. De plus, il était incapable de retenir de nouvelles informations, d’apprendre de
nouvelles choses (après quelques minutes, il oubliait tout, il se perdait régulièrement, incapable d’apprendre et
de se souvenir du trajet) : on parle d’amnésie antérograde.
Cependant ces capacités attentionnelles et de mémoire à court terme (retenir des informations sur quelques
secondes) étaient tout à fait normales, de même que ses autres fonctions cognitives (langage, jugement,
abstraction, raisonnement…).
Il lui restait également une faculté d’apprentissage résiduelle des habitudes :
On lui a demandé d’effectuer la tâche du miroir : devant un miroir,
on doit suivre la forme d’une étoile mais sans pouvoir regarder ses
mains directement (seulement à travers le miroir). Chez un patient
normal, au premier essai, il y a beaucoup d’erreurs, puis il
s’améliore au fil des essais. S’il recommence deux jours après, il a
un niveau supérieur au premier essai et continue de s’améliorer et
enfin au troisième jour, il ne fait quasiment plus d’erreur. C’est
l’apprentissage d’une procédure (mémoire procédurale). Pour
H.M., les performances étaient les mêmes que pour le sujet témoin
(pourtant il ne se souvenait même pas l’avoir déjà fait).
 La mémoire est une fonction distincte des autres fonctions perceptives et cognitives.
 Il y a plusieurs types de mémoires :
 dépendante des régions temporales internes et des projections diencéphaliques (circuit
hippocampo-mamillo-thalamique = circuit de Papez) : c’est la mémoire déclarative (abimée
chez H.M.)
 indépendante des régions temporales internes : c’est la mémoire à court terme (sous-corticopréfrontale) et la mémoire procédurale (des habiletés) dans les noyaux gris centraux, et le
cervelet. (normale chez H.M.)
Il y a différents types de mémoire selon la durée du maintien en mémoire :
 Mémoire à court terme et la mémoire de travail (exemple : retenir un numéro de portable pour le
retranscrire sur son téléphone)
 Mémoire à long terme :
- procédurale (peu verbalisable) : encodage, stockage et rappel des procédures (ou habitudes, gestes,
savoir-faire) (exemple : faire du vélo, jouer d’un instrument de musique)
- déclarative (verbalisable) :
- la mémoire épisodique : mémoire des expériences = dans un contexte personnel particulier
avec un temps et un lieu dont on se souvient. C’est l’histoire personnelle, propre à un individu.
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(exemple du diner de noël avec tante Aglaë, on a mangé tel plat, j’étais malade, et j’étais placé à
côté de telle personne)
- la mémoire sémantique : mémoire des faits = savoirs, connaissances générales sur les objets,
les lieux, les dates mais on ne sait pas quand on les a appris. Ces faits sont généralement partagés
par un groupe, une culture, une société (exemple des connaissances sur les kangourous même si
on n’en a jamais vu un, ce qu’il s’est passé en 1789, actualités…).
Dans des cas étudiés après H.M., les patients avaient du mal à évoquer des connaissances
générales mais aucune difficulté pour les expériences vécues personnellement et inversement,
des patients qui savaient beaucoup de choses sur le monde, l’actualité,… mais avaient du mal
pour les connaissances propres.
B. Exploration clinique de la mémoire :
En pratique, on évalue surtout de la mémoire épisodique.
Pour la mémoire rétrograde, on interroge sur les évènements (la biographie et les actualités).
Pour la mémoire antérograde, il y a 3 phases d’évaluation :
– on donne l’information au sujet = encodage (mise en tête de l’information)
– il la mémorise (au-delà de la mémoire à court terme) = stockage
– puis on lui demande de rappeler cette information = récupération.
C’est le stockage qui est dépendant des régions temporales internes (circuit de Papez). Les deux autres se
déroulent au niveau sous-cortico-préfrontal et font appel à des processus attentionnels.
Quand on explore la mémoire, on se demande quelles sont les parties du cerveau qui dysfonctionnent ? Quelle
est la phase qui ne marche pas ?
Concrètement, on donne un matériel verbal à apprendre par une entrée auditive ou visuelle (un mot, une
histoire), puis on demande un rappel immédiat (pour tester la mémoire à court terme) et un rappel différé
(mémoire à long terme). Si il y a un trouble du rappel, il faut différencier un trouble du stockage
(dysfonctionnement temporal interne) d'un trouble de la récupération (dysfonctionnement sous-corticopréfrontal). Pour faire la distinction, on donne un indiçage (aide le patient avec des indices). Si le patient
retrouve l’information, elle a bel et bien été stockée ; sinon l’information a été dégradée.
Il peut aussi y avoir un matériel non verbal par une entrée visuelle : une image, un visage, une figure…
Exemple : test des 5 mots : on donne une liste de mots à un patient (musée/ limonade/ sauterelle/ passoire/
camion). On lui demande de bien l’apprendre, et on l’aide à structurer cet apprentissage (« dans la liste il y a un
insecte ?, un moyen de transport ?, un ustensile de cuisine ?… ») puis on retire la liste et on demande de
rappeler les 5 mots - avec ou sans indiçage (l’encodage semble correct ou non). Puis on attend plusieurs
minutes avec des tâches interférentes (calcul ou autres) et on redemande la liste.
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Souvent il manque quelques mots (souvent 3 mots sur 5) : soit les mots manquants sont toujours dans la tête du
patient (troubles de la récupération) soit ils ont été totalement dégradés (troubles du stockage). Pour distinguer
les deux on donne un indice : « il vous manque un ustensile de cuisine ». Si le patient retrouve le mot, c’est un
trouble de la récupération, sinon le mot a disparu et c’est un trouble du stockage. L’autre alternative au fait de
donner un indice est de soumettre le patient à un choix multiple (reconnaissance du bon mot (celui oublié dans
la liste) parmi d’autres qui ne sont pas dans la liste).
Il existe un autre test : le test de Rey : il faut recopier la figure une fois, puis il y a un
rappel immédiat et un rappel différé 20 min plus tard.
C. Physiopathologie : les grands syndromes amnésiques
Les deux grands types d’amnésie sont :
 Amnésie rétrograde : perte des informations acquises avant le moment où débutent les troubles, sur
une période plus ou moins longue
 Amnésie antérograde : difficultés pour acquérir de nouvelles informations après le début des troubles
L’installation peut être aiguë (quelques minutes voir secondes), subaiguë ou chronique (sur plusieurs années
voir dizaines d’années)
I. Le syndrome de Korsakoff
Il concerne un sujet alcoolique +++ et/ou dénutri (ex : pose d’un anneau gastrique qui fait baisser les apports
nutritionnels subitement). On le découvre souvent au décours d’une encéphalopathie de Gayet-Wernicke
(chez les patients alcooliques que l’on sèvre brutalement : syndrome confusionnel avec une instabilité
posturale, des troubles occulo-moteurs…).
La triade symptomatique est :
– amnésie antérograde,
– fabulations,
– fausses reconnaissances
[« Cette triade est très importante à connaître, elle pourrait
faire l'objet d'un QCM... »]
Ce syndrome est dû à une carence aiguë en vitamine B1 qui entraîne la mort cellulaire (dans le circuit
hippocampo-mamillo-thalamique +++ surtout au niveau du diencéphale = mamillaire et thalamus) d’où
l’amnésie.
La tableau clinique présente :
 une amnésie antérograde massive
 une préservation relative de la mémoire rétrograde (pour les souvenirs anciens)
 une anosognosie (trouble de la conscience du trouble =on ne sait pas qu’on est malade), des fabulations
(= passé récent romancé exemple de la patiente qui est depuis 15 jours à l’hôpital et qui raconte en
détail qu’elle est partie pêcher avec son neveu hier), des fausses reconnaissances (=attribution d’une
identité ou d’une familiarité erronée à des personnes inconnues)
Sur l’IRM, on trouve des anomalies de signal des corps mamillaires (qui laissent place à une atrophie quand la
lésion est installée).
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II. L’ictus amnésique
C’est une amnésie de type antérograde à l’emporte-pièce (=survenue brutale puis arrêt tout aussi brutal de
l’épisode), avec parfois une atteinte rétrograde discrète : quelques minutes ou heures avant l’épisode. En
général, les patients ont autour de 60 ans.
Pendant l’épisode d’ictus amnésique, le sujet est soumis à une perplexité anxieuse (le patient sait que quelque
chose ne va pas, mais il ne sait pas quoi, il demande l’heure, où il est, ce qu’il fait ici … plusi eurs fois parce
qu’il n’arrive pas à apprendre et à se souvenir de la réponse).
La récupération se fait en quelques heures (l’épisode dure de 2 à 4-8h). Il n’y a pas de séquelle (le patient
« redevient normal ») mais une amnésie lacunaire de tout (ou partie) de l’épisode.
Les explorations sont normales : EEG, TDM, IRM. On voit des anomalies métaboliques dans les régions
temporales internes (au TEP-scan pendant la crise).
L’étiologie est inconnue, et les récidives rares – moins de 10% des patients par an (si il y en a beaucoup, il faut
chercher une autre étiologie).
III. Autres causes d’amnésies aiguës
 Amnésies psychogènes : secondaires à des chocs affectifs (traumatisme ou parfois intervention
chirurgicale bégnine). C’est une amnésie rétrograde : lacune +++ (jusqu’à ne pas se souvenir de
l’identité), mais il n’y pas d’amnésie antérograde. C’est le voyageur sans bagage qui ne sait pas qui il
est, ni où il va, ni même ce qu’il fait là. Le patient ne sait pas quelle langue il parle par exemple. Petite
anecdote d’un patient qui suite à une coloscopie, se réveille sans savoir qui il était, qu’il était marié, et
grand-père. Son amnésie couvrait les 40 dernières années et il prétendait ne jamais avoir vu de
télévision. Ces patients recouvrent parfois la mémoire.
 Accidents vasculaires cérébraux : engendrent des lésions
bilatérales : bitemporales internes, bi-thalamiques (une seule
artère vascularise les deux thalami). Si la lésion est
unilatérale, le tableau est beaucoup moins marqué
(compensation).
IRM d’un patient
suite à une amnésie
due à un AVC. Les
deux points blancs
montrent une atteinte
sur la partie
antérieure des
thalamus.
 Epileptique (épilepsie amnésique transitoire) : rare manifestation des épilepsies temporales (ressemble
à l’ictus amnésique mais plus court et répétitif).
 Infectieuses (encéphalite herpétique +++ : affinité particulière pour la région temporale interne et
hippocampique)
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A gauche, encéphalite herpétique pas
traitée à temps avec des lésions (trou)
hippocampiques et sous
hippocampiques.
 Toxique : alcool (oui oui, c’est vous le lendemain de soirée quand vous ne vous rappelez plus d’une
partie de la nuit), médicament,…
IV. Maladies neurodégénératives (maladie d’Alzheimer)
C’est un déficit mnésique d’installation insidieuse et progressive (un des1ers signes de la maladie
d’Alzheimer est une atteinte de la mémoire). Puis s’ajoute des troubles des autres fonctions cognitives.
A droite, lésions dues à la maladie
d’Alzheimer
Conclusion :
La mémoire est un phénomène neurobiologique :
– base biologique : potentialisation à long terme
– plasticité synaptique
La mémoire est une fonction cognitive.
Il y a différents types de mémoire :
– à court ou long terme
– procédurale et déclarative (épisodique et sémantique)
Il y a des structures cérébrales spécifiques (circuit de Papez) impliquées dans les diverses phases de la
mémorisation.
L’évaluation clinique permet de préciser les mécanismes altérés :
– hypothèse sur les structures cérébrales lésées
– hypothèse sur les maladies
Des pathologies très diverses affectent la mémoire (modalités d’installation +++).
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