Une méthode unique de stimulation cérébrale semble renforcer la capacité des gens à se remémorer de nouvelles informations, en imitant la façon dont notre cerveau crée les souvenirs. La "prothèse de mémoire", qui consiste à insérer une électrode en profondeur dans le cerveau, semble également offrir des résultats positifs chez des personnages souffrant de troubles de la mémoire. Elle est même encore plus efficace chez les personnes ayant une mauvaise mémoire au départ, d’après de nouvelles recherches. Selon les chercheurs à l’origine de ces travaux, des versions plus avancées de la prothèse de mémoire pourraient, à l’avenir, aider les personnes souffrant de pertes de mémoire dues à des lésions cérébrales, au vieillissement ou encore à des maladies dégénératives comme la maladie d’Alzheimer.
"C’est un aperçu de ce que nous pourrions faire à l’avenir pour rester la mémoire", déclare Kim Shapiro, neuroscientifique à l’université de Birmingham au Royaume-Uni, qui n’a pas participé à ces travaux de recherche.
La méthode consiste à copier ce qui se passe dans l’hippocampe, une région du cerveau en forme d’hippocampe qui joue un rôle crucial dans la mémoire. Cette structure cérébrale nous aide non seulement à former des souvenirs à court terme mais elle semble également diriger les souvenirs vers d’autres régions pour un stockage à long terme.
Imiter la mémoire
Depuis plus de 10 ans, Theodore Berger et Dong Song, de l’université de Californie du Sud, et leurs collègues ont mis au point un moyen d’imiter ce processus. Leur idée est d’utiliser des électrodes cérébrales pour comprendre les schémas d’activité électrique qui se produisent lorsque les souvenirs sont encodés avant d’utiliser ces mêmes électrodes pour déclencher des schémas d’activités similaires.
L’équipe a testé des versions de cette prothèse sur des animaux ainsi que sur des personnes volontaires qui souffraient d’épilepsie. Ces dernières avaient des électrodes implantées dans leur cerveau dans le but de mieux comprendre et traiter leur maladie.
Pour savoir si cette méthode pourrait aider des personnes souffrant de troubles de la mémoire, Rob Hampson, neuroscientifique à la faculté de médecine de l’université Wake Forest en Caroline du Nord, et ses collègues ont, pour leur part, testé deux versions de la prothèse sur 24 personnes ayant déjà des électrodes implantées pour étudier leur épilepsie. Parmi elles, certaines souffraient également de lésions cérébrales.
La première version de la prothèse, que l’équipe de chercheurs qualifie de modèle de décodage de la mémoire (MDM), imite les schémas d’activité électrique dans l’hippocampe se produisant naturellement lorsque chaque personne réussit à créer des souvenirs. Le modèle MDM prend une moyenne de ces schémas pour chaque individu et déclenche ensuit ce schéma de stimulation électrique pour aider à la formation de souvenirs.
Le deuxième type de modèle, appelé "multi-entrées, multi-sorties" (ou MIMO), reproduit plus fidèlement le fonctionnement de l’hippocampe. Dans un hippocampe sain, l’activité électrique circule d’une couche à l’autre avant de se propager à d’autres régions du cerveau. Le modèle MIMO repose sur l’apprentissage des schémas d’entrées et de sorties électriques qui correspondent à l’encodage de la mémoire. Il s’agit ensuite d’imiter ces schémas.
Des cerveaux uniques
Pour analyser le fonctionnement de chacun des deux modèles, Rob Hampson et ses collègues ont demandé aux volontaires de participer à des tests de mémoire. Lors de ces tests, une image diffusée sur un écran d’ordinateur était montrée à chaque personne. Après quelques minutes, la même image était de nouveau présentée, accompagnée d’une sélection d’autres clichés. Les participants devaient être capables de reconnaître la première image montrée. Les volontaires ont réalisé entre 100 et 150 petites tâches du même type, conçues pour tester la mémoire d’une personne à court terme.
Entre 15 et 90 minutes plus tard, chaque volontaire a été soumis à un deuxième test : on lui a montré un ensemble de trois images et on lui a demandé de choisir celle qui lui était la plus familière. Ce test permet d’évaluer la mémoire d’une personne à long terme.
Les participants ont passé les deux séries de tests de mémoire à deux reprises – une fois pour enregistrer l’hippocampe et une fois pour stimuler les motifs enregistrés associés aux souvenirs stockés avec succès. Les enregistrements étaient uniques, souligne Rob Hampson : "Jusqu’à présent, nous constatons que les résultats sont différents d’une personne à une autre".
Lors des tests de mémoire, l’équipe a constaté que sa prothèse de mémoire améliorait les performances des volontaires : leurs scores étaient nettement plus élevés s’ils avaient reçu le bon schéma de stimulation lors de la première présentation des images. Selon les chercheurs, ces résultats suggèrent que la prothèse de mémoire peut aider à encoder les souvenirs d’un cerveau. "Nous avons constaté des améliorations allant de 11% à 54%", indique Rob Hampson.
Personnaliser la stimulation cérébrale de cette manière est "vraiment quelque chose d'important à faire", souligne Josh Jacobs, de l’université Columbia, qui étudie également les enregistrements cérébraux des personnes épileptiques mais qui n’a pas participé à ces travaux. Jusqu’à présent, médecins et scientifiques ont réussi à traiter des troubles comme la maladie de Parkinson en ciblant simplement la même région du cerveau chez tous les patients.
"Mais les individus ont des réponses cérébrales vraiment différentes les uns des autres", déclare Josh Jacobs. En personnalisant et adaptant la stimulation en fonction du cerveau de chacun, on est susceptible d’en améliorer l’impact, ajoute-t-il.
En moyenne, c’est le modèle MIMO, qui reflète plus fidèlement le fonctionnement de l’hippocampe, qui a donné les meilleurs résultats. Les améliorations les plus impressionnantes ont été observées chez des personnes dont les performances de mémoire étaient les plus faibles au début de l’expérience. Les chercheurs ne savent pas exactement pourquoi mais cela pourrait être dû au fait qu’il y a "plus de place pour l’amélioration", explique Rob Hampson.
Au bout de quelques semaines, toutes les électrodes ont été retirées du cerveau des participants aux tests, une fois que leurs médecins ont terminé les examens concernant leur épilepsie. Dong Song espère que les améliorations apportées à leur mémoire seront durables. En théorie, la stimulation reçue par chaque personne pourrait avoir renforcé le câblage des neurones de l’hippocampe, dit-il avant de reconnaitre : "Nous ne le savons pas vraiment mais nous l’espérons".
Restaurer la mémoire
Dong Song, Rob Hampson et leurs collègues, qui ont publié leurs résultats dans la revue Frontiers in Human Neuroscience en juillet, souhaitent que leur prothèse de mémoire puisse un jour être largement utilisée pour restaurer la mémoire des personnes atteintes de troubles de la mémoire.
"Les victimes de lésions cérébrales seraient les premiers candidats", annonce Dong Song. Ces lésions ont tendance à affecter des régions spécifiques du cerveau. Celles de l’hippocampe seraient plus facile à cibler que les maladies dégénératives telles que la maladie d’Alzheimer, qui tendent à impliquer des dommages dans de nombreuses régions du cerveau.
"Il me parait possible qu’un jour nous puissions remplacer un hippocampe par un autre chose", juge Josh Jacobs. Tout en soulignant qu’il sera difficile de reproduire intégralement un hippocampe sain – sa structure contient des dizaines de millions de neurones. "Il est un peu difficile d’imaginer comment une poignée d’électrodes pourrait remplacer les millions de neurones de l’hippocampe", nuance-t-il.
Les électrodes utilisées dans l’étude font environ un millimètre de large et tous les volontaires se les sont fait implanter assez profondément dans le cerveau pour atteindre l’hippocampe – soit à environ 10 centimètres de profondeur. Elles sont assez rudimentaires par rapport aux normes de la recherche moderne et ne sont capable d’enregistrer qu’entre 40 à 100 neurones, précise Dong Song. Toute prothèse de mémoire conçue pour traiter les troubles de la mémoire nécessitera des électrodes cérébrales dotées de centaines de points de contact, ce qui leur permettra d’enregistrer et de stimuler des centaines ou des milliers de neurones, ajoute-t-il.
Rob Hampson, Dong Song, et leurs collègues n’ont pas encore déterminé comment la prothèse de mémoire pourrait fonctionner en pratique, dans la vie de tous les jours. Par exemple, il ne serait peut-être pas judicieux de faire fonctionner l’appareil en permanence. Les personnes souffrant de troubles de la mémoire n’ont pas besoin de se souvenir des nombreuses expériences de la vie, comme sortir les poubelles. "Pourquoi gaspiller l’espace [du cerveau] ?", commente Josh Jacobs.
Dong Song pense que la prothèse pourrait être utilisée avec une sorte de dispositif capable d’indiquer si l’appareil doit être en état de marche ou non – peut-être en détectant quand le cerveau doit être dans un état d’apprentissage.
Par ailleurs, Dong Song n’a pas encore tranché la question de savoir si une prothèse de mémoire devrait fonctionner pendant la nuit ou non. On pense que lorsque nous dormons, l’hippocampe rejoue certains des souvenirs encodés pendant la journée afin de les consolider dans d’autres régions du cerveau. Dong Song et ses collègues ne savent pas encore si une prothèse de mémoire qui reproduit cette relecture améliorerait la mémoire ni si c’est une bonne idée de stimuler l’hippocampe pendant le sommeil.
Quoi qu’il en soit, selon Kim Shapiro, l’utilisation de prothèse de mémoire dans les cliniques, ce n’est pas pour tout de suite. "En principe, cela pourrait fonctionner", dit-il. "[Mais] nous avons encore un long chemin à parcourir avant de comprendre suffisamment la mémoire et pouvoir utiliser ce type d’approche pour remplacer l’hippocampe".
Article de Jessica Hamzelou, traduit de l’anglais par Kozi Pastakia
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