Le cerveau apprend à reconnaître les objets familiers à deux vitesses très différentes : l’adaptation rapide qui se produit en quelques minutes après la découverte d’un nouvel objet, et la consolidation graduelle qui s’installe sur plusieurs jours pour former une reconnaissance durable. Une étude publiée le 4 juillet dans Nature Communications montre que ces deux échelles de temps sont régies par des mécanismes fondamentalement différents dans le cortex visuel primate, tranchant une question de longue date en neurosciences des systèmes.
Les travaux menés par Krithika Mohan, Ulisses Pereira-Obilinovic et David Freedman de l’Université de Chicago, avec Nicolas Brunel de l’Université Duke, ont utilisé des enregistrements électrophysiologiques du cortex inférotemporal (IT) de deux macaques effectuant une tâche d’apprentissage de familiarisation. Le cortex IT est la région cérébrale responsable de la reconnaissance visuelle des objets.
Deux échelles de temps, deux mécanismes
Les chercheurs ont suivi l’activité neuronale dans le cortex IT à la fois au sein d’une même session expérimentale (minutes) et sur plusieurs sessions (jours). Ils ont découvert que l’apprentissage de familiarisation aux deux échelles produit des signatures neuronales distinctes, indiquant des règles de plasticité sous-jacentes différentes.
À l’échelle rapide, au sein d’une même session, les réponses neuronales à des stimuli répétés montraient un déclin rapide, accompagné d’une augmentation de l’activité spontanée. À l’échelle lente, sur plusieurs sessions, les réponses neuronales moyennes diminuaient progressivement à mesure que les stimuli devenaient plus familiers.
L’équipe a utilisé un modèle de réseau neuronal récurrent doté de règles de plasticité déduites des données neuronales. Le modèle n’a reproduit avec succès la dynamique observée que lorsque les deux types de plasticité étaient inclus : la plasticité synaptique pour les changements lents à long terme et la plasticité intrinsèque (modifications de l’excitabilité électrique du neurone lui-même) pour l’adaptation rapide à court terme.
Ce cadre à double mécanisme concilie des résultats contradictoires dans la littérature antérieure. Certaines études antérieures avaient rapporté une diminution de l’activité neuronale à mesure que les stimuli devenaient familiers ; d’autres avaient trouvé une activité accrue. Les nouveaux résultats montrent que ces conclusions apparemment contradictoires reflètent différentes échelles de temps opérant simultanément dans les mêmes circuits corticaux.
« Pour de nombreux types d’apprentissage, nous interagissons avec de nouvelles informations à différentes échelles de temps », notent les chercheurs. « Cette étude montre que le cerveau primate utilise des mécanismes parallèles, chacun adapté à son échelle de temps, plutôt qu’un processus unique et plus lent. »
Ces résultats offrent un nouveau cadre pour comprendre comment l’expérience sensorielle immédiate se transforme en mémoire durable, une question fondamentale en neurosciences cognitives.
Traduit par Lydie