La plupart des gens se souviennent très clairement des événements émotionnels, comme le jour de leur mariage, mais les chercheurs ne savent pas exactement comment le cerveau humain hiérarchise les événements émotionnels dans la mémoire. Dans une étude publiée le 16 janvier 2023, par Nature Comportement humain, Joshua Jacobs, professeur agrégé de génie biomédical à Columbia Engineering, et son équipe ont identifié un mécanisme neuronal spécifique dans le cerveau humain qui marque les informations avec des associations émotionnelles pour améliorer la mémoire. L’équipe a démontré que les ondes cérébrales à haute fréquence dans l’amygdale, une plaque tournante des processus émotionnels, et l’hippocampe, une plaque tournante des processus de mémoire, sont essentielles pour améliorer la mémoire des stimuli émotionnels. Les perturbations de ce mécanisme neuronal, provoquées soit par la stimulation électrique du cerveau, soit par la dépression, altèrent la mémoire spécifiquement pour les stimuli émotionnels.

Prévalence croissante des troubles de la mémoire

La prévalence croissante des troubles de la mémoire tels que la démence a mis en évidence les effets néfastes de la perte de mémoire sur les individus et la société. Des troubles tels que la dépression, l’anxiété et le trouble de stress post-traumatique (SSPT) peuvent également présenter des processus de mémoire déséquilibrés et sont devenus de plus en plus répandus pendant la pandémie de COVID-19. Comprendre comment le cerveau régule naturellement les informations prioritaires pour le stockage et celles qui disparaissent pourrait fournir des informations essentielles pour développer de nouvelles approches thérapeutiques visant à renforcer la mémoire des personnes à risque de perte de mémoire ou à normaliser les processus de mémoire chez les personnes à risque de dérégulation.

« Il est plus facile de se souvenir d’événements émotionnels, comme la naissance de votre enfant, que d’autres événements à peu près à la même époque », déclare Salman E. Qasim, auteur principal de l’étude, qui a lancé ce projet pendant son doctorat dans le laboratoire de Jacobs à Columbia. Ingénierie. « Le cerveau a clairement un mécanisme naturel pour renforcer certains souvenirs, et nous avons voulu l’identifier. »

La difficulté d’étudier les mécanismes neuronaux chez l’homme

La plupart des enquêtes sur les mécanismes neuronaux ont lieu chez des animaux tels que les rats, car de telles études nécessitent un accès direct au cerveau pour enregistrer l’activité cérébrale et effectuer des expériences qui démontrent la causalité, comme une perturbation soigneuse des circuits neuronaux. Mais il est difficile d’observer ou de caractériser un phénomène cognitif complexe comme l’amélioration de la mémoire émotionnelle dans les études animales.

Étudier ce processus directement chez l’homme. Qasim et Jacobs ont analysé les données d’expériences de mémoire menées avec des patients épileptiques subissant un enregistrement cérébral direct et intracrânien pour la localisation et le traitement des crises. Au cours de ces enregistrements, les patients épileptiques mémorisaient des listes de mots tandis que les électrodes placées dans leur hippocampe et leur amygdale enregistraient l’activité électrique du cerveau.

Étudier les modèles d’ondes cérébrales des mots émotionnels

En caractérisant systématiquement les associations émotionnelles de chaque mot à l’aide d’évaluations d’émotions provenant de la foule, Qasim a constaté que les participants se souvenaient mieux de mots plus émotionnels, tels que « chien » ou « couteau », que de mots plus neutres, tels que « chaise ». En examinant l’activité cérébrale associée, les chercheurs ont noté que chaque fois que les participants réussissaient à se souvenir de mots émotionnels, l’activité neuronale à haute fréquence (30-128 Hz) devenait plus répandue dans le circuit amygdale-hippocampique. Lorsque les participants se souvenaient de mots plus neutres ou ne se souvenaient pas complètement d’un mot, ce schéma était absent. Les chercheurs ont analysé ce modèle sur un vaste ensemble de données de 147 patients et ont trouvé un lien clair entre la mémoire améliorée des participants pour les mots émotionnels et la prévalence dans leur cerveau d’ondes cérébrales à haute fréquence à travers le circuit amygdale-hippocampique.

« Trouver ce modèle d’activité cérébrale reliant les émotions et la mémoire était très excitant pour nous, car des recherches antérieures ont montré l’importance de l’activité à haute fréquence dans l’hippocampe pour la mémoire non émotionnelle », a déclaré Jacobs. « Cela nous a immédiatement incités à réfléchir aux implications causales plus générales – si nous suscitons une activité à haute fréquence dans ce circuit, en utilisant des interventions thérapeutiques, serons-nous capables de renforcer les souvenirs à volonté ? »

La stimulation électrique perturbe la mémoire des mots émotionnels

Afin d’établir si cette activité à haute fréquence reflétait réellement un mécanisme causal, Jacobs et son équipe ont formulé une approche unique pour reproduire le type de perturbations expérimentales généralement réservées à la recherche animale. Tout d’abord, ils ont analysé un sous-ensemble de ces patients qui avaient effectué la tâche de mémoire pendant qu’une stimulation électrique directe était appliquée à l’hippocampe pour la moitié des mots que les participants devaient mémoriser. Ils ont découvert que la stimulation électrique, qui a une histoire mitigée de bénéfice ou de diminution de la mémoire en fonction de son utilisation, altérait clairement et systématiquement la mémoire spécifiquement pour les mots émotionnels.

Uma Mohan, une autre doctorante du laboratoire de Jacobs à l’époque et co-auteur de l’article, a noté que cette stimulation diminuait également l’activité à haute fréquence dans l’hippocampe. Cela a fourni une preuve causale que – en supprimant le schéma d’activité cérébrale qui était corrélé à la mémoire émotionnelle – la stimulation diminuait également de manière sélective la mémoire émotionnelle.

La dépression agit de la même manière que la stimulation cérébrale

Qasim a en outre émis l’hypothèse que la dépression, qui peut impliquer une mémoire émotionnelle dérégulée, pourrait agir de la même manière que la stimulation cérébrale. Il a analysé la mémoire émotionnelle des patients en parallèle avec les évaluations de l’humeur que les patients ont prises pour caractériser leur état psychiatrique. Et, en fait, dans le sous-ensemble de patients souffrant de dépression, l’équipe a observé une diminution simultanée de la mémoire à médiation émotionnelle et de l’activité à haute fréquence dans l’hippocampe et l’amygdale.

« En combinant la stimulation, l’enregistrement et l’évaluation psychométrique, ils ont pu démontrer la causalité à un degré que vous ne voyez pas toujours dans les études avec des enregistrements de cerveau humain », a déclaré Bradley Lega, neurochirurgien et scientifique à l’Université du Texas Southwestern Medical. Centre et non un auteur sur le papier. « Nous savons que l’activité à haute fréquence est associée au déclenchement neuronal, donc ces découvertes ouvrent de nouvelles voies de recherche chez l’homme et l’animal sur la façon dont certains stimuli engagent les neurones dans les circuits de la mémoire. »

Prochaines étapes

Qasim, qui est actuellement chercheur postdoctoral à la Icahn School of Medicine du mont Sinaï, poursuit actuellement cette voie de recherche en étudiant comment les neurones individuels du cerveau humain se déclenchent pendant les processus de mémoire émotionnelle. Qasim et Jacobs espèrent que leur travail pourrait également inspirer la recherche animale explorant comment cette activité à haute fréquence est liée à la norépinéphrine, un neurotransmetteur lié aux processus attentionnels qui, selon eux, pourrait être à l’origine de la mémoire améliorée pour les stimuli émotionnels. Enfin, ils espèrent que les recherches futures cibleront l’activité à haute fréquence dans le circuit amygdale-hippocampique pour renforcer et protéger la mémoire. — mémoire particulièrement émotionnelle.

« Nos souvenirs émotionnels sont l’un des aspects les plus critiques de l’expérience humaine, informant tout, de nos décisions à toute notre personnalité », a ajouté Qasim. « Toutes les mesures que nous pouvons prendre pour atténuer leur perte dans les troubles de la mémoire ou prévenir leur détournement dans les troubles psychiatriques sont extrêmement excitantes. »