Pourquoi avons-nous parfois un trou de mémoire?

La science a trouvé l'explication

Imaginez-vous soudain incapable de vous rappeler ce que vous alliez dire. Cette expérience déroutante du "black-out mental" touche chacun d'entre nous. Les neuroscientifiques ont récemment percé certains mystères de ce phénomène qui occupe jusqu'à 20 % de notre temps d'éveil. Que se passe-t-il vraiment dans notre cerveau durant ces moments de vide total?

Le "trou de mémoire", cette sensation d'avoir l'esprit qui se vide complétement, constitue une expérience universelle. Pourtant, ce phénomène restait peu documenté scientifiquement jusqu'à récemment. Une analyse approfondie de 80 études publiée dans la revue Trends in Cognitive Sciences offre désormais un éclairage étonnant sur les mécanismes cérébraux impliqués dans ces moments où notre pensée semble s'évaporer. Cette recherche révèle non seulement pourquoi nous subissons ces déconnexions mentales, mais aussi pourquoi certaines personnes y sont plus sujettes que d'autres.

Le sommeil local: quand des parties du cerveau s'endorment

Contrairement aux idées reçues, le "trou de mémoire" n'est pas simplement une défaillance de concentration. Les électro-encéphalogrammes (EEG) révèlent un phénomène surprenant: pendant ces épisodes, certaines zones du cerveau entrent dans un état comparable au sommeil, produisant des ondes lentes caractéristiques, alors que la personne reste parfaitement éveillée.

Ce "sommeil local" explique pourquoi ces moments surgissent particulièrement dans des contextes de fatigue intense. Les chercheurs ont identifié plusieurs conditions propices aux trous de mémoire:

    les périodes d'attention prolongée;

    la privation de sommeil;

    l'épuisement physique;

    les niveaux d'excitation cérébrale extrêmes (très hauts ou très bas).

L'imagerie cérébrale par résonance magnétique confirme ces observations en montrant une désactivation notable des zones associées au langage, au mouvement et à la mémoire. Cette découverte correspond parfaitement aux symptômes ressentis: l'incapacité momentanée à formuler des pensées cohérentes ou à se souvenir d'informations pourtant familières.

Les données scientifiques révèlent que nous passons en moyenne entre 5 et 20 % de notre temps avec "l'esprit vide". Cette proportion varie considérablement d'une personne à l'autre. Les études mettent en lumière que les personnes atteintes de TDAH (Trouble du Déficit de l'Attention avec ou sans Hyperactivité) connaissent ces épisodes plus fréquemment que les individus neurotypiques.

Cette variation s'explique par les mécanismes de régulation de l'excitation cérébrale, qui diffèrent selon les profils neurologiques. Les chercheurs soulignent l'importance de distinguer le black-out mental de la simple rêvasserie: là où cette dernière implique des pensées floues mais présentes, le trou de mémoire correspond à une absence quasi totale de contenu mental conscient.

Les manifestations courantes du phénomène incluent:

    des interruptions soudaines du dialogue intérieur;

    des lapsus d'attention en pleine conversation;

    l'incapacité momentanée à se rappeler des informations connues;

    la perte du fil de sa pensée en pleine activité.

Les facteurs d'activation du vide mental

L'hypothèse centrale avancée par les scientifiques relie les différentes formes de black-out mental à des variations des niveaux d'excitation cérébrale. Ces fluctuations entraînent des dysfonctionnements temporaires dans les mécanismes cognitifs essentiels comme la mémoire à court terme, le traitement du langage ou l'attention soutenue.

Concrètement, ces épisodes surviennent typiquement dans deux contextes opposés: soit après une intense concentration mentale (comme lors d'examens prolongés), soit pendant des périodes de fatigue extrême. Cette dualité suggère que notre cerveau possède une "zone optimale" de fonctionnement, au-delà ou en deçà de laquelle les risques de déconnexion augmentent considérablement.

Les modifications physiologiques, neuronales et cognitives associées expliquent pourquoi nous pouvons parfois nous retrouver littéralement " sans voix " ou incapables de nous rappeler ce que nous étions en train de faire. Cette compréhension ouvre de nouvelles perspectives pour la recherche en neurosciences cognitives, avec l'ambition de déterminer avec précision les seuils critiques où notre conscience semble momentanément s'éclipser.

Ces découvertes sur les trous de mémoire nous rappellent la fragilité fascinante de notre conscience, cette faculté que nous considérons comme permanente mais qui s'avère bien plus intermittente que nous ne l'imaginons.

Pourquoi n’avons-nous aucun souvenir de notre toute petite enfance?

Nous n’avons pas de souvenirs remontant avant l’âge de 2 ans, et très peu pour les moments vécus entre 2 et 6 ans. Pourtant, certains événements peuvent avoir d’importantes répercussions par la suite. Comment expliquer que des épisodes de vie dont on ne garde pas le souvenir puissent avoir de telles conséquences? C’est tout le paradoxe de l’amnésie de l’enfance.

Dans son Dictionnaire des idées reçues, à l’entrée "Mémoire", l’écrivain Gustave Flaubert a noté: "Se plaindre de la sienne, et même se vanter de n’en pas avoir. "Cela dit, il est une mémoire assez défaillante pour chacun de nous: celle des moments de vie de la petite enfance.

D’aucuns affirment peut-être se rappeler d’événements vécus avant l’âge de 2 ans. Il s’agit cependant plus probablement de souvenirs reconstruits à partir des récits des parents, ou de photographies, et non d’épisodes de vie réellement mémorisés: en réalité, les souvenirs relatifs aux deux premières années de vie sont absents.

Cette amnésie de l’enfance est connue de longue date, toutefois les recherches menées ces dernières années ont montré que non seulement les adultes n’ont pas de souvenirs de moments vécus avant l’âge de 2 ans, mais qu’ils en ont également très peu pour les moments vécus entre 2 et 6 ans.

Pourtant, on sait que des événements, notamment traumatiques, survenus précocement dans l’enfance peuvent avoir un retentissement considérable sur le développement émotionnel et cognitif, influençant ultérieurement nos comportements. Comment expliquer que des épisodes de vie dont on ne garde pas le souvenir puissent avoir de telles conséquences? C’est tout le paradoxe de l’amnésie de l’enfance.

En cause: la mémoire épisodique

Nous n’avons pas souvenir d’instants vécus avant 2 ans, mais c’est pourtant à cet âge que nous avons mémorisé les prénoms de nos proches, leurs visages, ou encore la signification de nombreux mots. Comment l’expliquer? C’est parce que cette mémorisation fait appel à la mémoire sémantique, c’est-à-dire une mémoire des faits et des concepts, tandis que la raison de l’absence de souvenirs précoce est à chercher du côté d’une autre mémoire: la mémoire épisodique.

Celle-ci concerne les expériences personnellement vécues, autrement dit des épisodes de vie correspondant à un lieu et à un instant donné: le souvenir d’un repas de Noël, d’un anniversaire ou de tout autre événement auquel on a participé dans un contexte, un lieu et à un moment déterminés. Ce sont ces souvenirs qui sont oubliés avec l’amnésie de l’enfance.

La mémoire épisodique est particulièrement tributaire d’une région du cerveau appelée hippocampe (dont la forme évoque celle de cet étrange poisson, d’où son nom), située dans le repli interne du lobe temporal. C’est à son niveau que démarre la dégénérescence des neurones de la maladie d’Alzheimer.

 

Sommes-nous des ordinateurs quantiques?

Le cerveau est très certainement l’organe le plus mystérieux du corps humain. Malgré d’importantes avancées en neurosciences au cours des dernières années, de vastes zones cérébrales restent encore à explorer. Loin d’avoir dressé le catalogue de toutes ses fonctionnalités, des scientifiques se questionnent aujourd’hui sur les similitudes entre le cerveau et l’ordinateur quantique.

"Pourrions-nous nous mêmes être des ordinateurs quantiques plutôt que de simples robots intelligents qui créent et développent des ordinateurs quantiques?", c’est la question que se pose Mattew Fisher, physicien théoricien à l’université de Santa Barbara et directeur scientifique du nouveau Quantum Brain Project (QuBrain). Cette question paraît naturelle tant la ressemblance entre un cerveau et un ordinateur est frappante: les deux utilisent des signaux d’entrée et de sortie pour traiter l’information et prendre des décisions.

Le fonctionnement exact de certaines fonctions cérébrales échappe encore aux neurosciences – le processus de stockage de la mémoire à long terme par exemple. La mécanique quantique, qui décrit les phénomènes physiques à l’échelle atomique et subatomique, pourrait éclaircir certaines de ces zones d’ombres; de telles réponses pourraient avoir d’importantes implications tant en terme d’informatique quantique que de biologie humaine.

L’idée d’un cerveau fonctionnant comme un ordinateur quantique n’est pas nouvelle. Plusieurs scientifiques ont, en effet, déjà avancé ce genre d’hypothèse mais sans en préciser davantage la substance. Cependant, Fisher, expert de renommée mondiale dans le domaine de la mécanique quantique, a précisément identifié un ensemble de processus biologiques qui prouveraient un traitement quantique de l’information par le cerveau.

 

Pour ce faire, celui-ci a lancé le projet QuBrain. Composé d’une équipe internationale de physiciens quantiques, de biologistes moléculaires, de biochimistes, de chimistes et de neurobiologistes, le projet à pour but de mettre expérimentalement en évidence le fait que notre cerveau soit en réalité un ordinateur quantique.

"Si la question de savoir si le cerveau est un système quantique obtient une réponse positive, cela pourrait révolutionner notre compréhension de la fonction cérébrale et de la cognition humaine" explique Matt Helgeson, ingénieur chimiste à l’université de Santa Barbara et co-directeur de QuBrain.

L’informatique quantique repose majoritairement sur la notion de " qubits ". En informatique classique, un bit ne peut prendre que deux valeurs: 0 ou 1. Au contraire, dans un ordinateur quantique et grâce au principe de superposition, un qubit peut prendre simultanément les valeurs 0 et 1. Cela permet ainsi de développer des systèmes complexes de traitement de l’information bien plus rapides et efficaces que les ordinateurs d’aujourd’hui.

Dans les ordinateurs quantiques actuellement en développement, les réseaux de qubits sont maintenus en environnement hautement confiné et à basse température. Avec une température d’environ 37 °C, le cerveau n’est donc pas considéré, en règle générale, comme un environnement autorisant la stabilité et l’intégrité d’un assemblage de qubits. Toutefois, Fisher affirme que les spins nucléaires (le spin relatif aux nucléons du noyau et non aux électrons) échappent à cette règle.

"Des spins nucléaires extrêmement bien isolés peuvent stocker – et même traiter – l’information quantique sur des échelles de temps humaines de l’ordre de quelques heures voire plus" explique Fisher. En particulier, les atomes de phosphore, l’un des éléments les plus abondants du corps humain, possèdent le spin nucléaire adéquat pour agir comme des qubits biochimiques. L’une des expériences de QuBrain aura ainsi pour but d’étudier les propriétés quantiques des atomes de phosphore, notamment l’intrication entre deux spins nucléaires de phosphore liés au sein d’une molécule intégrée à un cycle biochimique.

Parallèlement, les biochimistes étudieront la dynamique et les spins nucléaires des molécules de Posner (des nano-structures sphériques composées de phosphate de calcium), ainsi que leur capacité potentielle à protéger, contre le phénomène de décohérence quantique, les spins nucléaires des atomes de phosphore stockant l’information quantique. La formation de paires de molécules de Posner pourrait également jouer un rôle dans la non-localité de l’information quantique.

Un autre ensemble d’expériences aura pour objectif d’étudier le potentiel rôle que jouent les mitochondries (les organites responsables de la production d’énergie dans la cellule) dans l’intrication quantique des qubits, ainsi que leur couplage quantique aux neurones.

Cette étude devra déterminer si les mitochondries peuvent transporter les molécules de Posner entre et dans les neurones via leurs réseaux tubulaires. La fusion et la fission mitochondriale pourrait autoriser l’émergence d’une intrication quantique intercellulaire. La dissociation des molécules de Posner déclencherait dès lors la libération de calcium dans le réseau mitochondrial, entraînant la libération de neurotransmetteurs et activant les synapses, résultant en un réseau de neurones intriqués.

"Avec QuBrain, nous explorerons la fonction neuronale via des technologies actuelles mais sous un tout nouvel angle, avec un énorme potentiel de découverte " conclut Tobias Fromme, chercheur à l’Université Technique de Munich. Tandis que selon Helgeson, les recherches du projet QuBrain ont le potentiel d’amener à de véritables avancées dans les domaines des biomatériaux, de la biochimie, de l’intrication quantique dans les solutions chimiques et des troubles humains de l’humeur, même si le cerveau s’avère finalement ne pas être un ordinateur quantique.

Source: Université de Santa Barbara