Du maintien en mémoire de travail à la consolidation à long-terme – REFLECTOR

Le projet REFLECTOR s’articule autour de trois grandes méthodologies, chacune explorant les objectifs sous des angles complémentaires :

- Approche comportementale – À travers des tâches de "complex span" (où une tâche de mémorisation est associée à une activité de distraction), l’effet du coût cognitif sur la performance mnésique est testé. Les participants, confrontés à des listes de mots en condition de faible ou fort coût cognitif, sont évalués sur leur rappel immédiat et différé. D'autres variables sont manipulées pour évaluer les facteurs modulateurs des interactions mémoire à court et à long terme : notamment la répétition, le familiarité du matériel, la motivation des participants.

- Études neuronales par EEG – Les corrélats neuronaux du rafraîchissement sont enregistrés par EEG, en observant les oscillations thêta et alpha. Par des variations du nombre d'items à mémoriser, on vise à identifier les liens entre l'activité neuronale et la capacité mnésique. Un test de rappel est aussi mené à court et long terme, et les performances sont associées aux oscillations cérébrales enregistrées. Une condition où les participants maintiennent via le "verbal rehearsal" et non le rafraichissement attentionnel sert de condition contrôle.

- Modèle animal pour la consolidation synaptique – Un modèle animal (rat) explore la relation entre MDT et consolidation. Des électrodes enregistrent l’activité dans le cortex préfrontal et l’hippocampe pendant une tâche de MDT, puis durant le sommeil pour évaluer l’effet de la consolidation dépendante du sommeil. Les corrélations entre oscillations cérébrales, couplage thêta-gamma, et plasticité synaptique sont analysées pour comprendre comment le rafraîchissement peut influencer la mémoire durable.

Ces approches intégrées, combinant comportement, EEG et modèle animal, visent à fournir des données multi-dimensionnelles pour comprendre les processus de MDT dans la consolidation et les applications dans l’apprentissage.

Dans le cadre de notre projet ANR Reflector, nous avons publié une revue théorique qui aborde l'oubli en mémoire de travail (MDT) en rapprochant les études humaines et animales. Cette revue propose que les modèles neuronaux, et en particulier les modèles animaux, constituent des outils essentiels pour explorer les mécanismes précis de l'oubli en MDT. Nous examinons les perspectives théoriques sur l'oubli en MDT chez l'humain, puis nous explorons ses corrélats neuronaux chez les animaux, depuis les premières observations d'activité différée dans le cortex préfrontal jusqu'aux théories plus récentes de la MDT synaptique. Ensuite, nous discutons des théories spécifiques de la MDT, en introduisant notamment l'idée que l'activité silencieuse pourrait mieux correspondre aux processus de rafraîchissement et de déclin proposés dans les modèles cognitifs humains. La revue conclut en explorant les liens entre mémoire à long terme et MDT, révélant des connexions via l'hypothèse synaptique à long terme, qui suggère que le stockage à long terme de l’interférence peut potentiellement perturber la MDT (Malleret, Salin, Mazza, & Plancher, 2024). Nous avons également mené plusieurs études pour mieux comprendre les liens bidirectionnels entre MDT et MLT. Nous avons exploré une nouvelle hypothèse : le rafraîchissement attentionnel nécessite des représentations stables en MDT, indépendamment de la présence de traces en MLT associées. Bien que des facteurs tels que la lexicalité, la consolidation à court terme et les répétitions multiples aient influencé les performances de rappel à court et long termes, les deux expériences ont montré que ces facteurs n'avaient pas d'effet sur le coût cognitif de la tâche simultanée, suggérant que le rafraîchissement n’est pas influencé par le contenu en MLT ni par la stabilité des représentations en MDT (Labaronne, Jarjat, & Plancher, 2023). Dans une autre étude, nous avons manipulé l'intention de mémoriser à long terme, soit en informant les participants d’un rappel différé final, soit en offrant une récompense monétaire pour des performances de rappel immédiat ou différé. Nos résultats montrent que l’intention n’a pas modifié les mécanismes de maintien en MDT, mais que la charge cognitive et les récompenses ont accru les effets sur le rappel différé, en particulier lorsque l’intention de mémoriser à long terme était forte (Labaronne, Ferreri, & Plancher, 2023). Enfin, nous avons réalisé une étude par EEG pour analyser les oscillatoires du rafraîchissement attentionnel et la répétition verbale. Les résultats montrent que la répétition verbale améliore le rappel à court terme, tandis que le rafraîchissement attentionnel favorise le rappel différé. En outre, une augmentation de la puissance thêta frontale-midline a été observée avec une charge de mémoire accrue uniquement lors de la répétition verbale, tandis qu’une désynchronisation alpha occipito-pariétale plus importante a été constatée avec le rafraichissement attentionnel.

Les résultats attendus de REFLECTOR pourraient redéfinir la compréhension de la mémoire et influencer plusieurs domaines. Les perspectives sont nombreuses, notamment pour l'éducation et la gestion cognitive des apprentissages. En prouvant que l’attention active et le "rafraîchissement" en MDT favorisent la consolidation des informations, on pourrait encourager de nouvelles stratégies pédagogiques où les réactivations régulières d'information en MDT seraient intégrées dans les curriculums pour maximiser la mémorisation.

Au niveau thérapeutique, une meilleure connaissance des mécanismes de consolidation pourrait bénéficier aux personnes âgées, où la consolidation mnésique est souvent affectée. Des interventions ciblées, basées sur le "rafraîchissement attentionnel" et la gestion du sommeil, pourraient ralentir la perte mnésique liée à l’âge.

Enfin, le modèle animal permet d’envisager une recherche pharmacologique sur les processus de consolidation synaptique pour améliorer la mémoire à long terme dans le cadre de troubles cognitifs. En renforçant le couplage thêta-gamma et l’activité hippocampique pendant le sommeil, on pourrait ouvrir la voie à des solutions pour des pathologies telles que les troubles de la mémoire et la maladie d'Alzheimer.

Ces travaux interdisciplinaires ambitionnent de lier les théories de la MDT et de la consolidation, et proposent une avancée dans la compréhension globale de la mémoire et de son rôle dans les apprentissages.

L’ambition du présent projet est d’étudier les mécanismes cognitifs et neuronaux du stockage d’information en mémoire, depuis les étapes de stockage initial en mémoire de travail, jusqu’aux stades finaux de consolidation à long-terme qui opèrent pendant le sommeil. Une originalité du projet est d’étudier ces mécanismes chez les sujets humains et chez les animaux (rats), le modèle animal permettant des mesures plus directes des mécanismes cognitifs et neuronaux de la mémoire. Voici les trois principaux objectifs du projet : 1. Mesurer chez l’homme l’impact du rafraichissement d’items en mémoire de travail à différents délais : immédiat, différé, et après une nuit de sommeil (Workpackage 1). 2. Etudier chez l’homme les corrélats neuronaux du rafraichissement attentionnel en mémoire de travail et les relier aux performances de mémoire à différents délais : immédiat, différé, et après une nuit de sommeil (Workpackage 2). 3. Etudier les corrélats neuronaux du rafraichissement attentionnel et ses liens avec la consolidation à long-terme pendant le sommeil dans un modèle animal (Workpackage 3). A travers différentes expériences, nous recueillerons des indicateurs comportementaux (pourcentage de rappels corrects à différents délais) et des indicateurs cérébraux (EEG). Les effets obtenus permettront de 1. Déterminer si le maintien en mémoire de travail à un impact à long-terme sur la mémoire, et si les items maintenus par rafraichissement attentionnel sont ceux qui entrent en priorité dans le processus de consolidation pendant le sommeil ; 2. Déterminer dans quelle mesure les oscillations corticales sont modulées par l’utilisation du rafraichissement attentionnel en mémoire de travail et étudier la relation entre l’amplitude de ces oscillations et les performances de mémoire à différents délais, 3. Déterminer chez le rat dans quelle mesure une augmentation du couplage theta-gamma entre l’hippocampe et le cortex préfrontal médian permet de prédire les performances de mémoire, et dans quelle mesure une augmentation de la transmission synaptique pendant les stades de sommeil est responsable de la consolidation à long-terme d’items précédemment stockés en mémoire de travail. En proposant une échelle d’investigation temporelle large, notre projet apportera des informations importantes sur le rôle à court et à long-terme du rafraichissement attentionnel. Finalement, un défi de notre projet est de rapprocher l’étude de la mémoire chez l’homme et chez l’animal, au delà de son utilité pour mieux comprendre les mécanismes cognitifs et neuronaux de la mémoire, ce rapprochement nous permettra de proposer un cadre théorique plus général de la mémoire de travail. A long-terme, étant donné que la mémoire de travail à un rôle central dans notre vie quotidienne, nos résultats pourraient aider à lutter contre l’échec scolaire mais également aider les populations avec des déficits de mémoire de travail.