Des scientifiques découvrent des « cellules temporelles » dans le cerveau qui permettent un « voyage mental dans le temps »
Lorsque nous nous souvenons d’événements passés de notre vie, nous pouvons souvent rejouer mentalement une expérience dans l’ordre séquentiel exact où elle s’est produite. Revisiter ces souvenirs épisodiques peut sembler être une activité continue et ordinaire, mais la capacité de notre cerveau à coder les événements dans l’ordre temporel, puis à les rédiger sous forme de souvenirs séquentiels plus tard, est un mystère scientifique permanent.
Aujourd’hui, une équipe dirigée par Leila Reddy, neuroscientifique au Centre de recherche sur le cerveau et la cognition (CerCo) du Centre national de la recherche scientifique, a isolé certaines des voies neuronales de notre cerveau qui sont responsables de l’enregistrement et du rappel de la séquence de temps.
Reddy et ses collègues ont soigneusement surveillé l’activité cérébrale chez les patients humains alors qu’ils effectuaient des tâches nécessitant une mémoire séquentielle. Les résultats « suggèrent une représentation robuste du temps dans l’hippocampe humain », une structure ancrée profondément dans le cerveau, selon une étude publiée lundi dans le Journal of Neuroscience .
L’étude révèle « une représentation d’un flux de temps interne ou inhérent, qui n’était pas motivé par quelque chose qui se passait dans le monde extérieur », a déclaré Reddy dans un e-mail.
En plus de faire la lumière sur le processus complexe d’organisation temporelle dans le cerveau, la nouvelle recherche pourrait aider les patients atteints de maladies qui affectent la mémoire et la capacité de traiter le temps.
« L’hippocampe est important pour juger de l’ordre temporel des événements (entre autres), et les dommages à l’hippocampe peuvent entraîner une altération de la mémoire pour l’ordre temporel (par exemple, se souvenir de l’ordre d’une liste d’éléments) », a déclaré Reddy. « Il est donc important de comprendre comment les informations temporelles sont représentées dans le cerveau, afin de pouvoir concevoir des interventions ou des traitements pour réduire ces déficits de la mémoire.
Des études antérieures menées sur des rats et des souris ont laissé entendre que les neurones de l’hippocampe, ou « cellules du temps », sont au cœur de l’expérience et de la mémoire du temps. Cependant, la mesure dans laquelle les cellules temporelles des rongeurs sont similaires aux neurones analogues dans le cerveau humain n’est pas claire.
Pour aider à combler cet écart, Reddy et ses collègues ont conçu deux expériences basées sur des tâches qui visaient à enregistrer des neurones uniques dans le cerveau humain. Atteindre ce niveau de résolution neuronale nécessite l’implantation d’électrodes dans le cerveau, qui est une procédure invasive qui ne peut pas être effectuée sur des personnes dans des circonstances normales. Pour cette raison, l’équipe de Reddy a invité des patients humains atteints d’épilepsie, qui ont reçu ces implants pour des raisons cliniques non liées à l’étude, à se porter volontaires pour le projet.
Dans la deuxième expérience, un groupe de six patients a visualisé et mémorisé la même séquence et a également appris à anticiper l’image suivante dans le motif. Cette fois, Reddy et ses collègues ont parfois interrompu la séquence pendant 10 secondes et n’ont fourni aucun autre retour. Pendant les brèves interruptions, alors que les patients attendaient la reprise de la séquence, les cellules de leur cerveau traitaient toujours activement leur expérience temporelle malgré l’absence de stimuli ou d’événements externes.
« C’était déjà assez cool de voir des preuves d’un codage temporel lorsque les participants apprenaient l’ordre séquentiel d’une liste d’éléments », comme l’a démontré la première expérience, a déclaré Reddy. Mais la révélation que les cellules temporelles se déclenchaient encore à des moments particuliers pendant les périodes de brèche suggère « une représentation d’un flux de temps interne ou inhérent, qui n’était pas motivé par quelque chose qui se passait dans le monde extérieur », a-t-elle ajouté.
« Enfin, nous avons également constaté qu’en examinant l’ensemble du groupe de neurones (donc pas seulement des neurones uniques, mais la population), nous pouvions décoder ou lire dans quel intervalle temporel se trouvait actuellement le patient », a noté Reddy.
Les résultats de l’équipe appuient des preuves convaincantes des cellules temporelles de l’hippocampe dans les sentiers de rongeurs et démontrent que le cerveau humain utilise également cette zone du cerveau pour traiter l’ordre séquentiel et stocker des souvenirs épisodiques.
« Pendant que je parcourais nos données et que je trouvais des preuves d’un codage temporel chez l’homme, je dois admettre que j’étais assez excité! »a déclaré Reddy.
« Dans un avenir proche, il sera important de comprendre la précision temporelle à laquelle les informations temporelles sont représentées dans ces neurones », a-t-elle poursuivi. Par exemple : différentes cellules temporelles codent-elles des événements avec des durées longues et courtes ? Les cellules temporelles peuvent-elles s’adapter à différentes échelles temporelles selon le contexte ?
Reddy et ses collègues espèrent résoudre certaines de ces questions avec de nouvelles expériences qui affinent davantage les processus complexes qui sous-tendent notre sens du temps. Bien que nous puissions tenir cette capacité de « voyage dans le temps mental » pour acquise, notre conception de l’écoulement du temps est une partie fondamentale de l’expérience humaine partagée de la réalité, ce qui est une raison suffisante pour tenter d’en percer les secrets.
« Je pense qu’une grande question ici est de comprendre en fin de compte comment les souvenirs sont codés », a déclaré Reddy. « La mémoire épisodique en particulier est la mémoire de ce qui s’est passé, quand et où. Les cellules de temps pourraient fournir l’échafaudage pour représenter le « quand ». De nouvelles preuves suggèrent que les mêmes neurones de l’hippocampe pourraient également coder le « où » et le « quoi », fournissant un cadre plus large pour le codage des souvenirs. »
« La compréhension des mécanismes d’encodage du temps et de la mémoire sera un domaine de recherche important », a-t-elle conclu.
