La notion du temps est fondamentale dans la façon dont nous comprenons, mémorisons et interagissons avec le monde. Des tâches allant de tenir une conversation à conduire une voiture nous obligent à nous souvenir et à remarquer combien de temps les choses prennent – un calcul complexe mais largement inconscient qui se produit constamment sous la surface de notre esprit.

Aujourd’hui, des chercheurs de l’Université de santé de l’Utah ont découvert que chez la souris, une population distincte de « cellules temporelles » est essentielle pour apprendre des comportements complexes où le timing est crucial. Comme la trotteuse d’une horloge, les cellules temporelles se déclenchent les unes après les autres pour représenter de courtes périodes de temps.

Mais les cellules temporelles ne sont pas qu’une simple horloge, ont découvert les chercheurs. À mesure que les animaux apprennent à distinguer des événements temporellement distincts, le modèle d’activité des cellules temporelles change pour représenter chaque modèle d’événements différemment. Cette découverte pourrait à terme contribuer à la détection précoce de maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer, qui affectent la perception du temps.

La nouvelle étude est publiée dans Neurosciences naturelles.

Code de la souris

En combinant une tâche d’apprentissage complexe basée sur le temps avec une imagerie cérébrale avancée, les chercheurs ont pu observer comment les schémas d’activité temporelle des cellules devenaient plus complexes à mesure que les souris apprenaient. Les chercheurs ont d’abord mené une expérience dans laquelle il était crucial de découvrir les différences dans le timing des événements. Pour obtenir une récompense, les souris ont dû apprendre à distinguer les modèles d’un stimulus olfactif à timing variable, comme si elles apprenaient une forme très simple de code Morse.

Avant et après l’apprentissage des souris, les chercheurs ont utilisé une microscopie de pointe pour observer en temps réel le déclenchement de cellules temporelles individuelles. Au début, leurs cellules temporelles répondaient de la même manière à chaque type de stimuli olfactif. Mais à mesure qu’elles apprenaient les modèles de stimulus temporellement différents, les souris ont développé différents modèles d’activité cellulaire temporelle pour chaque modèle d’événement.

En particulier, dans les expériences où les souris ont commis des erreurs, les chercheurs ont découvert que leurs cellules temporelles se déclenchaient souvent dans le mauvais ordre, ce qui suggère que l’ordre correct d’activité des cellules temporelles est essentiel pour effectuer des tâches temporelles.

Les cellules temporelles doivent être actives à certains moments de l’expérience. Mais lorsque les souris faisaient des erreurs, cette activité sélective devenait chaotique.


Hyunwoo Lee, PhD, chercheur postdoctoral en neurobiologie à la Spencer Fox Eccles School of Medicine de l’Université de l’Utah et co-premier auteur de l’étude

Pas seulement un chronomètre

Étonnamment, les cellules temporelles jouent un rôle plus complexe que le simple suivi du temps, a déclaré Erin Bigus, associée de recherche en neurobiologie et co-premier auteur de l’étude. Lorsque les chercheurs ont temporairement bloqué l’activité de la région du cerveau qui contient les cellules temporelles, le cortex entorhinal médial (MEC), les souris pouvaient encore percevoir et même prédire le timing des événements. Mais ils ne pouvaient pas apprendre à partir de zéro des tâches complexes liées au temps. “Le MEC ne se comporte pas comme un simple chronomètre nécessaire pour mesurer le temps dans des circonstances simples”, a déclaré Bigus. “Leur travail semble être d’apprendre ces relations temporelles plus complexes.”

Il est intéressant de noter que des recherches antérieures sur le MEC ont révélé qu’il est également impliqué dans l’apprentissage d’informations spatiales et dans la création de « cartes mentales ». Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont découvert que les modèles d’activité cérébrale qui se produisent lors de l’apprentissage de tâches temporelles partagent certaines similitudes avec les modèles d’apprentissage spatial précédemment observés ; Certains aspects des deux modèles persistent même lorsqu’un animal n’apprend pas activement.

Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires, ces résultats suggèrent que le cerveau pourrait traiter l’espace et le temps de manière fondamentalement similaire, ont indiqué les chercheurs. “Nous pensons que le cortex entorhinal peut remplir un double objectif, agissant à la fois comme un odomètre pour suivre la distance et comme une horloge pour suivre le temps écoulé”, a déclaré le Dr. James Heys, professeur adjoint de neurobiologie et auteur principal de l’étude.

« Ce sont les premières zones du cerveau touchées par les maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer. Nous voulons vérifier si des tâches comportementales complexes pourraient être un moyen utile de détecter l’apparition précoce de la maladie d’Alzheimer – James Heys.

Apprendre comment le cerveau traite le temps pourrait à terme aider à détecter des maladies neurodégénératives comme la maladie d’Alzheimer, affirment les chercheurs. La MEC est l’une des premières zones du cerveau à être affectée par la maladie d’Alzheimer, ce qui suggère que des tâches de synchronisation complexes pourraient constituer un moyen de détecter précocement la maladie.

L’étude publiée se lit comme suit : « Le cortex entorhinal médial joue un rôle unique dans l’apprentissage d’un comportement de synchronisation d’intervalles flexible et dépendant du contexte. »

Le soutien a été fourni par la Fondation Whitehall, la Brain and Behaviour Research Foundation, les National Institutes of Health et la National Science Foundation.

Source:

Référence du magazine :

Bigus, LUI, et autres. (2024). Le cortex entorhinal médial assure l’apprentissage du comportement de synchronisation des intervalles dépendant du contexte. Neurosciences naturelles. est ce que je.org/10.1038/s41593-024-01683-7.



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