La mémoire procédurale et la dynamique des réseaux neuronaux striataux – ProMeSS

Nous avons tous utilisée cette affirmation «C’est comme faire du vélo!» pour convaincre quelqu’un qu’une tâche était vraiment facile. Pourtant, les mécanismes neuronaux qui le rendent si simple sont extrêmement complexes. En effet, une fois que nous avons appris à faire du vélo ou jouer du piano, nous le faisons automatiquement, sans réfléchir et nous ne l'oublions jamais. De fait, placer les doigts consciemment sur les touches du piano rend les choses plus difficiles que de jouer sans réfléchir, laissant les doigts trouver la bonne position par eux-mêmes. Cette forme de mémorisation de nos aptitudes, appelée mémoire procédurale, est un mécanisme d’adaptation fondamental, basé sur l’expérience, qui permet d’augmenter l’efficacité des comportements courants et ainsi libérer des ressources cognitives pour d'autres tâches.
Mais comment se construit la mémoire procédurale? Comment est-elle encodée dans le cerveau? Comment les circuits neuronaux transforment-ils les activités de neurones individuels en séquences sensorimotrices aussi complexes? Comprendre comment l’expérience est convertie en modifications persistantes au sein de réseaux neuronaux et comment ils deviennent l’engramme de la mémoire à long terme est l’un des plus grands défis des neurosciences intégratives d’aujourd’hui.
Les substrats neuronaux de la mémoire procédurale impliquent les ganglions de la base, et particulièrement leur structure d’entrée, le striatum, acteur clé de l’intégration et de la sélection d’informations corticales fonctionnellement distinctes, formant des boucles parallèles fonctionnelles (associative, sensori-motrice…). Il a été observé que lors de l’apprentissage procédural le comportement évolue d’une attitude flexible et orientée vers un but vers la mise en place d’un automatisme. Le contrôle neuronal sous-jacent passerait des circuits striataux du striatum dorsomédial (DMS) à ceux du striatum dorsolatéral (DLS). Le DMS est inclus dans la boucle associative qui prend en compte la contingence des actions, tandis que le DLS fait partie de la boucle sensori-motrice, qui est moins flexible et serait responsable de la formation d'habitudes et de comportements répétitifs. Par conséquent, à une échelle macroscopique, la contribution des boucles fonctionnelles cortico-ganglions de la base aux différents aspects de la formation de la mémoire est bien décrite. Cependant, comment la mémoire procédurale est encodée au niveau des réseaux striataux et quelles sont précisément les cellules responsables de l’engramme de cette mémoire restent à ce jour inconnu.
En utilisant une combinaison de techniques de pointe, le projet ProMeSS vise à mieux comprendre la dynamique neuronale sous-tendant la mémoire procédurale et à identifier les dysfonctionnements de ces réseaux associés aux troubles hyperkinétiques. Le projet s'articule autour de trois objectifs: (i) nous explorerons tout d’abord l'organisation et l'activité des réseaux neuronaux dans le DMS et le DLS, afin de définir les cellules responsables de l’engramme et les associer aux différentes phases de la formation de la mémoire procédurale, (ii) nous identifierons et manipulerons sélectivement différents types cellulaires pour établir leur rôle dans la formation de la mémoire, et (iii) nous utiliserons ces bases fondamentales pour comprendre comment la mémoire et les dynamiques striatales associées sont altérées dans les troubles hyperkinétiques, dans l’espoir d’identifier des cibles thérapeutiques.
Grâce à une approche multi-échelle combinant tests de comportement, imagerie multiphotonique, études anatomiques, opto-chemogénétique et électrophysiologie, ce projet conduira à des avancées importantes dans le domaine. ProMeSS permettra en effet de déterminer les mécanismes précis de l’engramme de la mémoire procédurale au sein des réseaux neuronaux ainsi que les dysfonctionnements apparaissant dans les troubles hyperkinétiques.