Découverte d’un mécanisme neuronal qui soutient les capacités cognitives avancées
Des scientifiques du Mount Sinai ont découvert un mécanisme neuronal qui serait à l’origine des capacités cognitives avancées telles que la planification et la résolution de problèmes. Ce mécanisme permet de distribuer des informations provenant de neurones uniques à des populations plus importantes de neurones dans le cortex préfrontal, la zone du cerveau qui stocke et manipule temporairement les informations.
Différentes stratégies cognitives
Il est bien établi que les êtres humains ne peuvent garder à l’esprit qu’une quantité limitée d’informations à la fois, et qu’ils font appel à différentes stratégies cognitives, comme l’organisation des informations en listes ou en groupes, pour surmonter ces contraintes.
L’équipe de recherche a découvert que lorsque le cerveau utilise ces stratégies pour organiser les informations, les codes neuronaux du cortex préfrontal deviennent moins dépendants des réponses hautement sélectives des neurones individuels. Au lieu de cela, ils sont répartis entre un plus grand nombre de neurones, ce qui peut rendre l’information plus fiable ou plus efficace.
« Notre étude donne au domaine une nouvelle perspective importante sur la façon dont le cerveau alloue ses ressources pour améliorer les performances cognitives », déclare l’auteur principal Erin Rich, professeur associé de neurosciences. « Les résultats de notre étude aideront les scientifiques à mieux comprendre, et à l’avenir à potentiellement traiter, les troubles de la mémoire et de la cognition. »
Cette étude a été dirigée par Feng-Kuei Chiang, docteur en médecine, chercheur postdoctoral dans le laboratoire du Dr Rich, qui a déjà étudié les fonctions du cortex préfrontal dans les tâches de séquençage.
Traditionnellement, les études du codage neuronal – qui transforme les impulsions électriques des neurones en souvenirs, connaissances, décisions et actions – se sont concentrées sur les réponses sélectives de neurones uniques.
Des lacunes dans les études du codage neuronal
L’équipe du Mount Sinai a démontré les lacunes d’une telle approche en concevant une tâche pour sonder les changements dans le cortex préfrontal qui entraînent une amélioration des performances cognitives. Cette tâche permettait aux sujets d’utiliser une stratégie mnémotechnique (ou aide-mémoire) pour ordonner des informations dans une séquence.
« Nous avons constaté que les sujets généraient spontanément différents modèles de sélection, y compris des séquences de routine, afin de réduire les exigences de la tâche en matière de mémoire de travail », a déclaré le Dr Chiang.
Les chercheurs ont été surpris de constater que les réponses interprétables des neurones uniques étaient un mauvais prédicteur des performances de la mémoire lorsque les sujets utilisaient la stratégie de séquençage pour organiser les informations détenues dans l’esprit. L’utilisation de cette stratégie réduisait le taux d’erreur dans la tâche, mais l’activité des neurones individuels semblait transmettre moins d’informations.
Les chercheurs sont parvenus à concilier ces résultats en montrant que les informations n’étaient pas perdues, mais plus largement réparties parmi une population plus importante de neurones. Les informations pertinentes pour la tâche pouvaient être récupérées aussi bien, et même mieux, que lorsque les codes étaient dominés par un nombre plus restreint de neurones hautement accordés, et les codes distribués semblaient être plus fiables, puisqu’ils amélioraient les performances comportementales.
Une nouvelle découverte sur la nature des codes préfrontaux
« Il s’agit d’une toute nouvelle découverte sur la nature des codes préfrontaux, et elle pourrait mettre en évidence un mécanisme neuronal-clé qui soutient des capacités cognitives avancées comme la planification, la stratégie et la résolution de problèmes, qui dépendent de l’organisation en temps réel de l’information », explique le Dr Rich.
« En déplaçant l’attention des réponses sélectives des neurones uniques, nous avons montré que l’activité collective des populations neuronales doit être prise en compte lors de l’élaboration de nouvelles stratégies pour améliorer les performances cognitives ou traiter les troubles cognitifs. »
Cette recherche a été publiée dans Neuron.
Source : Icahn School of Medicine at Mount Sinai
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