« J’utilise le mot ‘engramme’ pour désigner ce changement permanent provoqué par un stimulus ; la somme de ces engrammes dans un organisme peut être appelée son ‘magasin d’engrammes’, parmi lesquels nous devons distinguer les engrammes hérités et les engrammes acquis« . -Richard Wolfgang Semon(Action graphique des stimuli sur l’individu, 1921)
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Il y a 99 ans, Richard Wolfgang Semon (1859-1918), un chercheur allemand sur la mémoire « peu connu mais influent », qui a été le premier à décrire le concept d' »engramme de mémoire », a vu sa phrase immortalisée à titre posthume dans un article de 1921 intitulé « Engraphic Action of Stimuli on the Individual » (Action des stimuli sur l’individu). Zoologiste et biologiste évolutionniste, Semon avait l’intuition que les « traces de mémoire » (engrammes) étaient encodées dans le système nerveux et supposait que certains souvenirs pouvaient être transmis par les gènes d’ une génération à l’autre.
Dans un article du Journal of Neuroscience intitulé « Heroes of the Engram »(Josselyn, Köhler et Frankland, 2017), les auteurs désignent Semon comme « le héros négligé qui a introduit le terme engramme » et écrivent : « En 1904, Richard Semon a introduit le terme « engramme » pour décrire le substrat neuronal responsable (ou du moins important) du stockage et du rappel des souvenirs (c’est-à-dire une trace mnésique). »
Au cours du siècle dernier, la« théorie du mneme » de Semon (inspirée d’une déesse grecque, Mneme, l’égérie mythologique de la mémoire) et son hypothèse selon laquelle des engrammes de mémoire uniques peuvent s’inscrire dans l’ADN d’un être humain ou d’un animal ont fait l’objet d’un débat animé.
Mon défunt père, Richard Bergland (1932-2007), neuroscientifique, parlait souvent des engrammes et avait de nombreuses théories sur le rôle que les gènes pouvaient jouer dans l’encodage des traces de mémoire. J’ai déjà écrit à ce sujet : « Une pensée renforce un engramme (réseau neuronal), qui renforce un état d’esprit, qui renforce votre caractère.
Bien que le concept d’engrammes de mémoire soit reconnu depuis environ un siècle, les mécanismes moléculaires qui régissent la formation et le rappel des souvenirs dans les ensembles d’engrammes de l’hippocampe (c’est-à-dire le centre de la mémoire) sont restés un mystère neuroscientifique, jusqu’à aujourd’hui.
Ce matin, des neuroscientifiques du MIT ont publié un article potentiellement révolutionnaire(Marco et al., 2020) dans Nature Neuroscience qui fait part de leur découverte de la manière dont les interactions épigénomiques et transcriptomiques au sein de l' »ensemble d’engrammes hippocampiques » contrôlent la manière dont les souvenirs sont encodés et rappelés chez les souris. Asaf Marco, post-doctorant au sein du laboratoire Tsai du MIT, est l’auteur principal de cet article.
« Cet article est le premier à révéler ce processus très mystérieux qui consiste à savoir comment différentes vagues de gènes sont activées et quel est le mécanisme épigénétique qui sous-tend ces différentes vagues d’expression génétique », a déclaré l’auteur principal, Li-Huei Tsai, directeur de l’Institut Picower pour l’apprentissage et la mémoire du MIT, dans un communiqué de presse daté du 5 octobre.
Les conclusions des équipes du MIT révèlent que pour que le cerveau forme un souvenir indélébile d’une expérience autobiographique qui peut être récupérée ultérieurement, un remodelage à grande échelle des neurones de l’engramme doit se produire. Ce remodelage de l’engramme semble être piloté par la chromatine, un complexe hautement organisé d’ADN et de protéines appelées histones qui contrôlent l’activité de gènes spécifiques au sein d’une cellule. Comme l’expliquent les auteurs :
« Dans cette étude, nous avons utilisé un système de marquage dépendant de l’activité chez la souris pour déterminer l’état épigénétique, l’architecture du génome en 3D et le paysage transcriptionnel des cellules de l’engramme au cours de la durée de vie de la formation de la mémoire et du rappel. Collectivement, notre travail élucide le paysage transcriptionnel et épigénomique complet tout au long de la durée de vie de la formation de la mémoire et du rappel dans l’ensemble des engrammes hippocampiques« .
Les neuroscientifiques savent depuis un certain temps qu’au cours de la première étape de la formation de la mémoire, certains gènes sont activés dans les neurones des engrammes et que l’activation du réseau neuronal d’un engramme de mémoire entraîne le souvenir de la mémoire correspondante. Toutefois, comme ces gènes retrouvent rapidement un niveau d’activité normal, Marco et al. ont conçu des expériences élaborées sur des souris afin d’étudier comment les modifications épigénomiques pourraient altérer la chromatine de manière à coordonner le stockage des souvenirs à long terme.
« La formation et la préservation de la mémoire est un événement très délicat et coordonné qui s’étend sur des heures et des jours, voire des mois – nous n’en sommes pas sûrs », note Marco. « Au cours de ce processus, il y a quelques vagues d’expression de gènes et de synthèse de protéines qui rendent les connexions entre les neurones plus fortes et plus rapides.
À leur grande surprise, Marco et al. ont découvert qu’immédiatement après la formation d’un souvenir, de multiples régions d’ADN dans l’engramme mémoriel subissent des modifications qui rendent la structure de la chromatine plus « lâche », ce qui augmente l’accessibilité de l’ADN. « Notre étude est la première à montrer que la formation de la mémoire est pilotée par des activateurs d’amorçage épigénomique qui stimulent l’expression des gènes lorsqu’un souvenir est rappelé », a déclaré M. Marco.
Bien que les chercheurs n’aient pas étudié la durée de ces modifications épigénomiques, Marco suppose qu' »elles peuvent persister pendant des semaines, voire des mois ». Les futures recherches de l’équipe du MIT porteront sur la manière dont la maladie d’Alzheimer affecte la chromatine des cellules de l’engramme.
Références
Asaf Marco, Hiruy S. Meharena, Vishnu Dileep, Ravikiran M. Raju, Jose Davila-Velderrain, Amy Letao Zhang, Chinnakkaruppan Adaikkan, Jennie Z. Young, Fan Gao, Manolis Kellis & Li-Huei Tsai. « Mapping the Epigenomic and Transcriptomic Interplay During Memory Formation and Recall in the Hippocampal Engram Ensemble » (cartographie des interactions épigénomiques et transcriptomiques pendant la formation et le rappel de la mémoire dans l’ensemble d’engrammes hippocampiques). Nature Neuroscience (Première publication : 05 octobre 2020) DOI : 10.1038/s41593-020-00717-0
