Réfutation de la mémoire silencieuse: le cerveau traite activement les informations inattentives

Comprendre comment le cerveau humain stocke l'information et l'utilise pour effectuer diverses tâches est depuis longtemps un objectif majeur de la recherche en neurosciences et en psychologie. Les scientifiques ont déjà identifié différents types de mémoire, chacun possédant ses propres caractéristiques et fonctions.

L'un de ces types est la mémoire de travail, qui implique le stockage et le traitement à court terme d'informations importantes, notamment celles nécessaires à l'exécution de tâches logiques ou à la prise de décisions dans un avenir proche. Les recherches montrent que ce stockage temporaire d'informations est associé à l'activité constante et soutenue de certains neurones du cerveau.

La plupart des études antérieures sur la mémoire de travail ont utilisé des tâches dans lesquelles les participants étaient invités à se souvenir de toutes les informations qui leur étaient présentées.

Cependant, très peu d’études ont tenté de comprendre comment le cerveau stocke les informations « inattentionnelles », c’est-à-dire les stimuli qui ne sont pas actuellement au centre de l’attention et qui ne sont pas directement pertinents pour la tâche à accomplir.

Des scientifiques de l'Académie polonaise des sciences, de SUNY Upstate, de l'hôpital militaire d'Elk et de l'université de médecine de Wroclaw ont décidé de tester la validité d'un modèle théorique qui suggère l'existence d'un « mécanisme d'activité silencieuse » responsable du stockage des informations inattentives.

Leurs résultats, publiés dans la revue Nature Human Behaviour, remettent en cause cette hypothèse théorique et montrent au contraire que le stockage d’informations inattentionnelles est également associé à l’activité neuronale.

« Nous savons que des éléments de notre mémoire de travail – nos pensées – sont représentés par l'activité de neurones spécialisés », a expliqué Jan Kaminski, auteur principal, à Medical Xpress.
« Lorsque nous devons mémoriser quelque chose, certains neurones deviennent plus actifs. Par exemple, lorsque nous mémorisons un numéro de téléphone, certains neurones deviennent temporairement plus actifs, codant cette information. »
« Cependant, des recherches récentes suggèrent que si un élément de la mémoire est temporairement flou, l'activité des neurones revient à son niveau d'origine – par exemple, lorsque nous devons nous souvenir d'un numéro de téléphone mais que nous passons temporairement à une autre tâche. »

Ces hypothèses reposaient en grande partie sur des données obtenues à l'aide de méthodes non invasives telles que l'EEG et l'IRMf. Or, ces méthodes mesurent l'activité moyenne de centaines de milliers de neurones, ce qui signifie que l'activité d'un petit groupe de cellules peut être « engloutie » par l'inactivité des neurones environnants.

« Notre laboratoire est spécialisé dans l'enregistrement direct de l'activité neuronale lors d'interventions cliniques invasives, comme l'implantation d'électrodes dans le cerveau des patients pour surveiller l'épilepsie », explique Kaminski.
« Cela offre une occasion unique de tester directement l'hypothèse de l'activité silencieuse. Dans cette étude, nous avons enregistré l'activité des neurones du lobe temporal, connus pour leur rôle dans la mémoire de travail. »

On a montré aux participants deux images et on leur a demandé de se souvenir des deux, mais de se concentrer sur une seule d'entre elles dans la première partie de l'expérience. Ensuite, ils devaient soit continuer à se concentrer sur la même image, soit revenir à celle qui était auparavant « floue ».

« Ce protocole expérimental, appelé paradigme du double rétro-indice, a été utilisé dans des études antérieures », explique Katarzyna Paluch, première auteure de l'article.
« Pour enregistrer l'activité, nous avons utilisé l'EEG intracrânien, une procédure clinique qui consiste à insérer chirurgicalement des électrodes directement dans le cerveau du patient, par exemple pour diagnostiquer l'épilepsie. Cela nous a permis d'enregistrer l'activité de chaque neurone. »

Alors que les participants déplaçaient leur attention d’une image à une autre, les scientifiques ont enregistré l’activité des neurones dans le lobe temporal pour comprendre comment le cerveau stocke les informations « non focalisées ».

« À notre grande surprise, nous avons constaté que même l'image sur laquelle le participant ne se concentrait pas continuait d'être activement représentée par des activations neuronales », a déclaré Kaminski.
« Cela contredit l'hypothèse du stockage silencieux et montre que les éléments flous de la mémoire de travail sont également représentés par une activité neuronale active. Nos résultats suggèrent qu'une grande partie de notre mémoire de travail – cette "esquisse" mentale – est maintenue par des activations neuronales actives. »

Ainsi, les pensées et autres informations qui se trouvent en dehors du centre de l’attention sont toujours soutenues par des neurones actifs, et non par un mécanisme « silencieux », comme on le supposait auparavant.

Outre leur importance fondamentale pour comprendre le fonctionnement de la mémoire, ces découvertes peuvent également influencer le développement de traitements pour les troubles mentaux impliquant une altération de la mémoire de travail, tels que le TDAH, le TOC et la schizophrénie.

« Par exemple, nos résultats nous permettent d'envisager la création d'implants neuronaux ou de stimulateurs électriques capables de maintenir des informations spécifiques en mémoire de travail, élargissant ainsi les possibilités thérapeutiques », a ajouté Kaminski.
« Notre laboratoire poursuit actuellement l'étude de la mémoire de travail et de ses mécanismes neuronaux grâce à des enregistrements directs de l'activité cérébrale.
À l'avenir, nous prévoyons d'étudier comment le cerveau alterne entre le maintien des informations courantes et la mémorisation de nouvelles informations, ce qui est essentiel à une activité cognitive flexible. »