On reprend cette semaine cette série de billets de blog automnaux en lien avec le cours «Notre cerveau à tous les niveaux» donné en collaboration avec l’UPop Montréal au café Les Oubliettes. Comme je n’ai pas fait la semaine dernière un premier billet pour soulever quelques questions générales reliées à cette séance, je ferai simplement une présentation du plan de match de ce qui vous attend ce mercredi 27 novembre lors de notre quatrième séance intitulée « Des circuits de millions de neurones : plaisir, douleur, apprentissage, mémoire ».

Donc après avoir montré lors de la première séance que la structure particulière de notre corps (en particulier de notre système nerveux) détermine ce qui pourra être connaissable pour nous ; après avoir constaté lors de la deuxième séance que cette structure est le fruit d’une très longue évolution (cosmique, chimique et biologique) ; après avoir compris il y a deux semaines la grammaire de base qui permet à nos neurones de communiquer rapidement entre eux ; entrent maintenant en scène des circuits faits de nombreux neurones.

On va donc débuter cette quatrième séance en montrant que des circuits de quelques neurones seulement peuvent déjà accomplir des calculs (ou des « computations ») assez compliqués et qui évoquent déjà certains aspects de nos sensations subjectives : la douleur d’une piqure versus la douleur d’une brûlure, l’augmentation du contraste à la frontière d’une surface gris pâle ou gris foncé, le classement d’objets semblables en différentes catégories, etc.

On verra ensuite comment des millions de neurones s’interconnectent pour former des structures cérébrales différenciées et comment ces circuits particuliers contribuent à des comportements essentiels. D’abord ceux impliqués dans notre survie immédiate, comme manger, boire et se reproduire. On prendra l’exemple de l’hypothalamus pour montrer comment ces structures cérébrales sont en fait constituées de nombreuses sous-régions (ou « noyaux », qui veut dire ici amas de cellules nerveuses, à ne pas confondre avec le noyau d’une cellule particulière où l’on retrouve l’ADN). Comment certains de ces noyaux font office de voie d’entrée ou de sortie de la structure en question, mais surtout comment ils sont richement interconnectés entre eux et avec d’autres noyaux d’autres structures cérébrales.

On présentera par exemple les connexions qui unissent l’aire tegmentale ventrale et le noyau accumbens formant ce qu’on appelle parfois le faisceau de la récompense favorisant la recherche de plaisirs et l’évitement douleur. On comprendra que ce circuit est forcément en lien avec ceux de l’hypothalamus impliqués dans nos besoins fondamentaux, mais qu’il pourra aussi renforcer positivement des réussites plaisantes apprises.

Cela nous amènera à présenter une autre structure cérébrale de quelques millions de neurones qui est fortement impliquée dans le stockage de nos bons coups et de nos mauvais coups : l’hippocampe.  Ce cortex très ancien n’a pas de noyaux particuliers mais une structure en couche (cependant moins stratifiée que le néocortex). Il y a toutefois plusieurs structures corticales qui constituent les portes d’entrée de ce réseau en série qu’est l’hippocampe (avec son circuit qui va du cortex entorhinal au gyrus dentelé, puis CA3, CA2, CA1, subiculum, et retour au cortex entorhinal).

Le reste de la séance tournera autour de divers aspects de l’hippocampe et son rôle central dans l’apprentissage et la mémoire. On évoquera d’abord l’évolution de nos différents types de mémoire en commençant par les plus simples, comme la simple habituation ou l’inverse, la sensibilisation générale de l’organisme. On verra que les travaux des années 1960-70 sur des invertébrés possédant déjà ces capacités d’apprentissages nous ont permis d’en découvrir les bases cellulaires et moléculaires. On s’élèvera ensuite dans l’arbre évolutif pour découvrir les apprentissages associatifs plus complexe, conditionnement classique (pavlovien) et opérant en tête. Puis, après mention de notre mémoire procédurale, celle de nos habiletés motrices, nous délaisseront ces mémoires dites « implicites » qui nous permettent d’apprendre des choses sans trop s’en apercevoir (et sans pouvoir les nommer avec le langage) à nos deux types de mémoire « explicites », la mémoire épisodique et la mémoire sémantique.

Les souvenirs créés avec celles-ci peuvent se dire avec des mots, comme le trajet autobiographique de notre vie dans le temps (mémoire épisodique) ou la carte conceptuelle de nos connaissances sur le monde (mémoire sémantique). Une comparaison avec la fonction principale de l’hippocampe de rat (la mémorisation spatiale) nous permettra de présenter un concept important pour comprendre notre cerveau dans une perspective évolutive, celui de « recyclage neuronal ». Autrement dit, l’idée que des structures de notre cerveau, comme l’hippocampe, ont pu être sélectionnées pour une certaine fonction, mais que nous pouvons maintenant recycler cette fonction première pour autre chose. Et l’on verra que nos deux types de mémoire déclarative, épisodique et sémantique, semblent réutiliser deux façons de calculer nos déplacements dans l’espace pour nous aider à retenir ce qu’on a fait dans notre vie passé ou les connaissances interreliées que l’on a aujourd’hui.

Chose certaine, sans hippocampe on semble incapable d’emmagasiner de nouveaux éléments dans ces deux types de mémoire, comme le montre l’histoire du célèbre patient H.M. dont on va présenter les « faits saillants ». On survolera ensuite rapidement quelques mécanismes de plasticité synaptique découverts dans les années 1970-80-90 dans l’hippocampe de rat et qui ont ouvert la porte à la reconnaissance de ces mêmes phénomènes chez l’humain par la suite.

Ayant constaté la facilité avec laquelle nos neurones sont constamment en train de se « recâbler », on sera mieux en mesure de comprendre ce qui constitue la trace physique ou « l’engramme » d’un souvenir. La notion de réseau de neurones sélectionnés par un apprentissage répété dans lequel circule une activité nerveuse transitoire nous amènera naturellement vers les processus de rappel de ces souvenirs. Rappel suivi d’un réencodage qui fait en sorte que la mémoire humaine est davantage une affaire de reconstruction que de récupération à l’identique de « 0 » et de « 1 » comme sur le disque dur d’un ordinateur.

Finalement, après la pause et quelques questions et échanges sur la première heure de la séance, on pourra dire quelques mots sur les nombreux facteurs qui influencent l’apprentissage et la mémoire. Et sans doute aussi donner quelques trucs mnémotechniques en lien avec ceux-ci.