Avez-vous déjà entendu parler d’épigénétique?

Cette notion est à la mode et vous avez pu voir passer des annonces pour des stages de remise en forme épigénétique, des conseils d’alimentation adaptée grâce à un épi-nutritionniste, et même pour du sérum épigénétique anti-âge pour vos rides… Tous ces produits estampillés " épigénétique " existent! Et ils font la fortune d’opportunistes. Il ne s’agit pas de prétendre que le sérum n’estompera pas vos rides ni qu’une bonne alimentation n’améliorera pas votre santé, mais d’affirmer que rien ne prouve que l’épigénétique ait un quelconque rôle dans tout ça.

Par ailleurs, Edith Heard vient de recevoir la médaille d’or du CNRS, un prix prestigieux, pour ses travaux sur l’épigénétique et les premiers " épi-médicaments " sont testés lors d’essais cliniques contre le cancer. Alors, où est la vérité dans tout ce qu’on peut lire ou entendre? Où en est la recherche?

DEFINIR L’EPIGENETIQUE

L’épigénétique, une toute jeune discipline scientifique, a pour objectif d’expliquer comment, quand et avec quelle intensité chaque cellule contrôle le fonctionnement de chacun de ses gènes, en lien avec son environnement. En effet, toutes les cellules qui constituent un individu possèdent la même collection de gènes (le même génome), pourtant, chacune d’entre elles a une fonction différente parce que chaque cellule n’utilise qu’une petite fraction de ses gènes.

Pourquoi nous oublions ce que nous avons appris

Certains apprentissages, de la grammaire au vélo, nous suivent toute notre vie. D’autres notions, acquises pour un devoir sur table ou un examen, finissent par s’évaporer très vite, une fois l’échéance passée. Comment l’expliquer? Et comment ancrer les savoirs dans nos mémoires?

Tata Noelia, j’ai une question: puisque mon corps se muscle si je fais beaucoup de sport, est-ce que mon cerveau grossira si j’étudie beaucoup? Est-ce parce que je n’ai plus de place dans mon cerveau que j’oublie ce que j’apprends à l’école?

C’est le genre de question que peut poser un enfant, à l’instar de ma nièce qui a déjà l’intuition que la mémoire réside d’une manière ou d’une autre dans le cerveau. Qui ne s’est pas déjà demandé où et comment sont stockées les choses que l’on apprend? Ou pourquoi on oublie l’essentiel de ce qu’on étudie?

APPRENDRE, MÉMORISER ET SE SOUVENIR

Apprendre consiste à acquérir une nouvelle information ou un nouveau savoir-faire par l’observation, la pratique ou l’enseignement. La mémorisation, qui désigne le stockage et l’utilisation de cette information ou expérience, s’obtient par la répétition. Se souvenir, c’est être capable d’accéder à l’information stockée et de la reconstruire.

On peut apprendre quelque chose de nouveau et le mémoriser de façon à s’en souvenir à jamais, comme faire du vélo ou mettre une majuscule au début des noms propres, mais on peut aussi apprendre quelque chose et l’oublier peu de temps après, comme le calcul d’une racine carrée ou les noms des capitales asiatiques.

Depuis quelques années, le rôle de la mémorisation, technique traditionnelle d’apprentissage, est au cœur des débats et de la recherche scientifique. Mais quand les professeurs que nous sommes parlent d’apprentissage profond, ce qui nous mobilise, en réalité, c’est l’acquisition d’une mémoire à long terme, par opposition à la mémoire à court terme, concernant ce qu’on oublie vite, comme le code que l’on ne retient que le temps de confirmer un virement via une appli, ou les réponses à un examen qu’on a révisé la veille.

La mémoire est un processus en quatre étapes: l’encodage, la consolidation, la récupération et l’oubli. Chacune de ces phases est marquée par des changements physiques dans des groupes de neurones que l’on appelle" engrammes". On suppose que ce sont eux qui laissent des traces physiques de la mémoire dans notre cerveau.

LES ENJEUX DE LA REPETITION

Toute nouvelle expérience provoque une stimulation coordonnée de groupes de neurones précis (encodage). S’ils sont à nouveau stimulés, ces neurones génèrent des souvenirs ténus, très sensibles aux interférences, qui se perdent vite à moins d’être entretenus.

La deuxième phase de la mémoire est rendue possible par la plasticité neuronale. La transformation de ce souvenir fragile (à court terme) en souvenir persistant à long terme requiert des changements structuraux et des réorganisations dans les engrammes (consolidation). Ces changements culminent avec la formation de synapses supplémentaires (connexion chimique) entre les neurones coactivés au moment de l’apprentissage. C’est ce qui permet la survie de l’information en vue d’un futur rappel.

Le facteur dont dépend la réalisation de cette connexion synaptique, c’est la répétition. La répétition d’activités ou l’évocation de concepts provoque l’activation des engrammes le temps nécessaire au développement de nouvelles synapses.

Curieusement, les représentations répétées d’un événement d’apprentissage qui se produisent pendant le sommeil entraînent l’activation spontanée des engrammes. D’où l’idée que le sommeil renforce la mémoire.

SOUVENIR ET OUBLI

Les nouvelles synapses qui forment la mémoire à long terme perdurent même lorsqu’elles ne sont plus utilisées. C’est ce phénomène qui rend possible la récupération du souvenir. Ce rappel est d’autant plus efficace que le contexte de récupération coïncide avec celui qui a provoqué l’encodage et la consolidation, car lors de cette phase le cerveau doit retrouver les mêmes schémas d’activité neuronale que ceux de l’apprentissage initial.

Quant à la dernière phase dans l’acquisition de la mémoire, il s’agit de… l’oubli. Le renforcement de certains engrammes au moment de la consolidation d’un souvenir implique nécessairement l’élimination d’autres souvenirs (pour" faire de la place" dans le cerveau). Cet oubli se produit grâce à l’affaiblissement de circuits existants, l’occupation de l’espace synaptique par les nouveaux processus de neurogenèse, et même l’élimination de synapses par des cellules spécialisées du cerveau.

Des expériences récentes ont montré que la plasticité inhibitrice (l’élimination de certains circuits pour en créer de nouveaux) lors de la consolidation du souvenir conditionne la sélectivité des circuits d’engrammes, qui" conservent" un souvenir concret.

CE QUE NOUS ETUDIONS EST-IL CONDAMNE A L’OUBLI?

Dans son livre ¿Cómo aprendemos? Una aproximación científica al aprendizaje y la enseñanza (en français Comment apprenons-nous? Une perspective scientifique sur l’apprentissage et l’enseignement), Héctor Ruiz nous donne quelques conseils.

Premièrement, il est plus facile d’engranger de nouvelles connaissances si on les relie à des connaissances stockées antérieurement (engrammes activés).

Deuxièmement, on mémorise mieux des informations qui font l’objet de raisonnements. Voir ou écouter une chose plusieurs fois ne signifie pas qu’on va s’en rappeler. Mais si on réfléchit à cette chose, notre capacité à la mémoriser augmente (consolidation des engrammes).

Troisièmement, il est important d’approfondir l’objet de l’apprentissage, c’est-à-dire de réfléchir à la même idée dans différents contextes, de manière à faciliter la récupération ultérieure.

Tout cela doit se traduire par un enseignement actif permettant aux étudiants d’appliquer, d’interpréter, d’évaluer ou d’expliquer la connaissance en question pour lui donner un sens, et donc de pratiquer la répétition, ce qui active les engrammes jusqu’à vingt fois plus que l’apprentissage initial.

À l’inverse, étudier juste avant un examen ne génère vraisemblablement aucune trace durable dans notre cerveau.

Traduit de l’espagnol par Métissa André for Fast ForWord

Auteur: Noelia VALLE - Profesora de Fisiología, Universidad Francisco de Vitoria

The Conversation - CC BY ND

Les mauvais souvenirs ne sont pas indélébiles

L'optogénétique, née dans les années 2000, combine la génétique à l'optique. En modifiant le génome de certains neurones de manière à les rendre sensibles à la lumière, on peut contrôler l'activité de ces cellules.

La propriété (de renversement) de la mémoire est utilisée cliniquement pour traiter des maladies mentales, cependant les mécanismes neuronaux et les circuits du cerveau qui autorisent ce changement de registre émotionnel demeurent largement méconnus. L'objet d'une étude dont les résultats ont été publiés mercredi dans la revue scientifique Nature était de décrypter ces procédés sous-jacents, ouvrant la voie à de nouvelles pistes pour soigner des pathologies comme la dépression ou les troubles de stress post-traumatique. Elle valide aussi le succès de la psychothérapie actuelle, explique le Prix Nobel de médecine Susumu Tonegawa qui a mené cette recherche.

Ces travaux, fruit d'une collaboration entre l'institut japonais Riken et le Massachussets Institute of Technology (MIT) aux États-Unis, s'appuient sur une nouvelle technologie de contrôle du cerveau via la lumière appelée optogénétique. Il permet de mieux comprendre ce qui se passe quand on se remémore de bons ou mauvais moments et comment on peut modifier la valeur (négative ou positive) associée à un souvenir. Les résultats démontrent que l'interaction entre l'hippocampe, partie du cerveau qui joue un rôle central dans la mémoire et l'amygdale, censée être une sorte de chambre de stockage des réactions positives et négatives, est plus flexible que ce qu'on pensait jusqu'à présent.

Pour parvenir à de telles conclusions, les chercheurs ont injecté une protéine d’algue sensible à la lumière à deux groupes de souris mâles. Ils ont ainsi pu suivre la formation d'une inscription en mémoire en temps réel, qu'ils ont réactivée à leur gré grâce à des impulsions lumineuses.

Certains rongeurs ont ensuite été autorisés à jouer avec des femelles afin de créer un souvenir connoté positivement, tandis que leurs camarades se voyaient au contraire asséner un déplaisant choc électrique.

Le prix Nobel Tonegawa souligne que les résultats des travaux de son équipe concernant la possibilité de supprimer des souvenirs désagréables par optogénétique chez des souris ne peuvent pas se transposer immédiatement chez l’homme sous forme de thérapies pour des patients. Il n’existe pas encore de la technologie pour cela et l’on ne peut donc pas manipuler les neurones d’une personne comme les chercheurs l’ont fait chez ces animaux. Toutefois, les expériences indiquent qu’il y aurait des circuits neuronaux reliant l’hippocampe et l’amygdale qui pourraient être ciblés à l’aide de nouveaux médicaments.

Le prix Nobel Tonegawa souligne que les résultats des travaux de son équipe concernant la possibilité de supprimer des souvenirs désagréables par optogénétique chez des souris ne peuvent pas se transposer immédiatement chez l’homme sous forme de thérapies pour des patients. Il n’existe pas encore de la technologie pour cela et l’on ne peut donc pas manipuler les neurones d’une personne comme les chercheurs l’ont fait chez ces animaux. Toutefois, les expériences indiquent qu’il y aurait des circuits neuronaux reliant l’hippocampe et l’amygdale qui pourraient être ciblés à l’aide de nouveaux médicaments.

TRANSFORMER UNE REPULSION EN ATTIRANCE

Dans un deuxième temps, les scientifiques leur ont fait artificiellement revivre ces souvenirs, tout en les soumettant simultanément à l'expérience opposée : les souris agréablement disposées recevaient un choc, tandis que les autres avaient la bonne surprise de rencontrer leurs comparses.

La nouvelle expérience a pris le dessus sur l'émotion initiale. « Nous avons fait un test dans la première cage de laboratoire et la crainte originelle avait disparu », décrit Susumu Tonegawa. Cependant ce phénomène n'a pu être observé qu'en agissant sur l'hippocampe, sensible au contexte environnant alors qu'il n'a pas été possible d'influer sur l'amygdale.

Les chercheurs qui avaient déjà publié des travaux sur l'inscription en mémoire de faux souvenirs chez une souris, espèrent que leurs découvertes du changement de valence positive à négative (d'attirance à répulsion) et vice versa, feront avancer la recherche médicale sur les maladies de type troubles dépressifs ou post-traumatiques, affectant notamment les militaires. À l'avenir, Tonegawa souhaite pouvoir contrôler les neurones avec une technologie sans fil, sans outil intrusif comme les électrodes et potentiellement faire croître le nombre de souvenirs positifs par rapport aux négatifs.

Reste à prouver que cette inversion d'émotion associée à un souvenir fonctionne de la même façon chez l'homme que chez la souris, même si l'on sait déjà que les processus mnésiques ont été conservés au cours de l'évolution des espèces. Dans un commentaire rapporté par Nature, les chercheurs Tomonori Takeuchi et Richard Morris de l'université d'Édimbourg en Écosse estiment que cette étude jette une lumière nouvelle sur les mécanismes de la mémoire, tout en relevant les limites de l'optogénétique en la matière.