Augmenter les échanges hippocampe-cortex améliore la mémoire

17 Mai 2016 | Par Inserm (Salle de presse) | Neurosciences, sciences cognitives, neurologie, psychiatrie

Pour la première fois, des chercheurs du Centre interdisciplinaire de recherche en biologie (CNRS/Inserm/Collège de France) ont établi la preuve directe que la mémorisation à long terme des souvenirs implique un échange pendant le sommeil entre deux structures du cerveau, l’hippocampe et le cortex : en augmentant cet échange, ils ont réussi à provoquer la mémorisation de souvenirs qui sinon auraient été oubliés. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Neuroscience le 16 mai 2016.

Depuis les années 1950, les principales théories de la mémoire postulent que les souvenirs sont initialement formés dans l’hippocampe, et progressivement transférés dans le cortex pour le stockage à long terme. Bien qu’étayée par de nombreux travaux expérimentaux, cette hypothèse n’avait jamais encore été directement validée.
Afin de prouver cette hypothèse, les chercheurs ont d’abord enregistré l’activité de l’hippocampe et du cortex pendant le sommeil. Ils ont constaté qu’il y avait une corrélation entre des ondes observées dans ces deux structures : lorsque l’hippocampe émet des ondulations, le cortex émet à son tour des ondes delta et des fuseaux de sommeil, comme en une série de questions-réponses. Pour établir un lien avec la mémoire, les chercheurs ont ensuite entraîné des rats à mémoriser les positions de deux objets identiques dans une pièce. Le lendemain, lors du test, un objet avait été déplacé et les rats devaient déterminer lequel. Les rats réussissaient le test s’ils avaient passé 20 minutes sur place le premier jour, mais ils échouaient s’ils n’étaient restés que 3 minutes. Cette différence se reflétait également dans les couplages entre hippocampe et cortex pendant le sommeil juste après la première exploration : ils étaient plus importants chez les rats qui réussissaient le test le lendemain. Restait à prouver que ces couplages étaient bien la cause de la mémorisation.
 
Les chercheurs ont alors mis au point un dispositif permettant de détecter en temps réel les ondulations de l’hippocampe et de déclencher aussitôt des ondes delta et des fuseaux de sommeil dans le cortex, c’est-à-dire de produire à volonté des couplages entre ces deux structures. Ils ont utilisé ce dispositif chez des rats entraînés pendant seulement 3 minutes le premier jour, et qui n’étaient donc pas censés se souvenir de l’emplacement des objets le lendemain : ces rats ont alors parfaitement réussi le test. Au contraire, si un délai variable était introduit entre les ondes hippocampiques et corticales, l’effet disparaissait.
Pour mieux comprendre les mécanismes en jeu, les chercheurs ont également enregistré l’activité du cortex pendant l’apprentissage, le sommeil et le test. Ils ont constaté que certains neurones changeaient leur activité lors du couplage au cours du sommeil, et que le lendemain le cortex répondait à la tâche en s’activant davantage près de l’objet déplacé.

Ces travaux, en démontrant les mécanismes de la mémorisation à long terme, pourraient permettre de mieux comprendre certains troubles de mémorisation chez l’homme. On pourrait ainsi envisager de pallier certains déficits de mémoire, s’ils relèvent du même mécanisme que celui étudié.
Cependant, avant toute mise en application clinique, il faudra impérativement résoudre les questions éthiques liées à ces techniques et les affiner pour pouvoir agir sélectivement sur les souvenirs que l’on souhaite renforcer.
Le but de l’équipe est maintenant de mieux comprendre les échanges d’informations entre l’hippocampe et le cortex, notamment lorsque plusieurs souvenirs doivent être mémorisés ou non.

  DOCUMENT      inserm     LIEN 

Améliorer son sommeil peut protéger sa santé cardiovasculaire

20 Oct 2023 | Par Inserm (Salle de presse) | Santé publique

L’association entre troubles du sommeil et risque cardiovasculaire est déjà bien documentée. Apnées, déficit de sommeil, ou encore insomnie sont liés à un risque accru de maladies ou d’accidents cardiovasculaires. Mais une nouvelle étude parue dans l’European Heart Journal va beaucoup plus loin dans l’exploration de cette association. Menée par l’équipe de Jean-Philippe Empana, directeur de recherche Inserm, au sein du Centre de recherche cardiovasculaire à Paris (Inserm/Université Paris Cité), en collaboration avec le Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV, Lausanne), cette étude montre que cinq composantes du sommeil pèsent un poids quasiment équivalent dans l’association avec le risque d’accidents coronariens et d’accidents vasculaires cérébraux, et que l’amélioration de l’une d’elle au cours du temps peut apporter un bénéfice significatif. Ces composantes sont la durée de sommeil chaque nuit, le chronotype (être du matin ou du soir), la fréquence des insomnies, les somnolences diurnes excessives et les apnées du sommeil.

Le sommeil est indispensable à la santé et au bien-être, et plusieurs mécanismes physiologiques sous-tendent cela. Ainsi, une mauvaise qualité ou quantité de sommeil est associée à une détérioration de la santé : problèmes d’humeur, dépression, prise de poids, infections, diabète, hypertension… Un lien a notamment été établi avec le risque cardiovasculaire et l’équipe Inserm de Jean-Philippe Empana, au Centre de recherche cardiovasculaire à Paris, a souhaité approfondir ce point.
Pour cela, elle a étudié le risque d’accidents cardiovasculaires (syndrome coronaire aigu ou accident vasculaire cérébral) en lien avec cinq composantes du sommeil : la durée de sommeil chaque nuit, le chronotype (être du matin ou du soir), la fréquence des insomnies, des somnolences diurnes excessives et les apnées du sommeil.
« Habituellement, les études se focalisent sur une seule dimension du sommeil, majoritairement la durée du sommeil ou la présence d’apnée du sommeil, or un bon sommeil ou un sommeil sain englobe plusieurs dimensions », clarifie Aboubakari Nambiema, premier auteur de ce travail et chercheur postdoctoral à l’Inserm.
Les chercheurs et chercheuses ont intégré ces cinq dimensions dans un score unique afin de rendre compte de la nature multifactorielle du sommeil. Chacune d’elle est évaluée grâce à un questionnaire spécifique validé par la communauté scientifique et adapté aux études de grande taille (Pittsburgh sleep quality index-PSQI, Berlin questionnaire ou encore Epworth Sleepiness Scale) et compte pour 1 point lorsqu’il est optimal ou 0 point dans le cas contraire. Le score global varie ainsi de 0 (plus mauvais score) à 5 (score optimal correspondant à : 7 à 8 heures de sommeil par nuit, être du matin, ne pas avoir d’insomnies, d’apnées ni de somnolence excessive en journée).

Un suivi dans le temps
Ce score a été utilisé dans deux enquêtes de population destinées à étudier les déterminants de la santé cardiovasculaire.
L’une a été menée à Paris et a inclus 10 157 adultes de 50 à 75 ans (Étude prospective parisienne n° 3, EPP3). L’autre a été menée en Suisse à Lausanne et a réuni 6 733 participants de plus de 35 ans via l’étude CoLaus|PsyCoLaus du Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV).
Le score a été calculé à l’inclusion puis deux à cinq ans après. La survenue d’évènements cardiovasculaires a ensuite été surveillée pendant 8 à 10 ans environ.
« L’utilisation d’un score composite pour étudier les habitudes de sommeil avait déjà été expérimentée par le passé mais c’est la première fois à notre connaissance qu’une étude s’intéresse à son évolution dans le temps et son association potentielle avec les maladies cardiovasculaires », explique Jean-Philippe Empana.

En combinant les données des deux enquêtes, une première analyse confirme que plus le score initial (à l’entrée dans l’étude) est élevé, plus le risque d’accident cardiovasculaire est faible. Par rapport aux personnes qui ont un score de 0-1 (10 % des participants), le risque de pathologies cardiovasculaires est réduit de 10 % pour les participants qui ont un score de 2 (21 % des participants), 19 % pour ceux qui ont un score de 3 (32 % soit la majorité des participants), 38 % pour un score de 4 (27 % des participants) et 63 % pour ceux qui ont le meilleur score de 5 (10 % des participants).
« Autrement dit, près de 60 % des accidents cardiovasculaires pourraient potentiellement être évités si les individus présentaient tous un score optimal de sommeil (score de 5), soulignant ainsi les implications potentielles de santé publique des résultats », clarifie Jean-Philippe Empana.

Une seconde analyse portant pour la première fois sur l’évolution du score de sommeil au cours du temps montre que le sommeil s’est amélioré chez 8 % des participants, détérioré chez 11 % et est resté stable chez la majorité des participants (2/3 d’entre eux sont restés avec un score égal ou supérieur à 3). Point important, ces changements sont associés à la survenue de pathologies cardiovasculaires. En particulier, ce risque a diminué de 16 % pour chaque point de score gagné au cours du temps, quelle que soit la composante du score qui a été améliorée. « Chacune semble avoir autant d’importance que les autres », précise Aboubakari Nambiema.
Les chercheurs et chercheuses espèrent maintenant que les professionnels de santé et la population générale se saisiront de cet outil : « la facilité et la rapidité d’utilisation des questionnaires ainsi que la simplicité du calcul du score de sommeil devraient favoriser leur compréhension et une bonne adhésion », prévoient-ils.

 DOCUMENT        inserm        LIEN

Percée majeure dans le traitement de la maladie de Parkinson : une neuroprothèse permet de restaurer une marche fluide

06 Nov 2023 | Par Inserm (Salle de presse) |

Neurosciences, sciences cognitives, neurologie, psychiatrie

Contrairement aux traitements conventionnels de la maladie de Parkinson, cette neuroprothèse vise la zone de la moelle épinière responsable de l’activation des muscles des jambes pendant la marche. © CHUV

Des neuroscientifiques de l’Inserm, du CNRS et de l’université de Bordeaux en France, avec des chercheurs et neurochirurgiens suisses (EPFL/CHUV/UNIL), ont conçu et testé une « neuroprothèse » destinée à corriger les troubles de la marche associés à la maladie de Parkinson. Dans une étude publiée dans Nature Medicine, les scientifiques détaillent le processus de développement de la neuroprothèse utilisée pour traiter un premier patient atteint de la maladie de Parkinson, lui permettant de marcher avec fluidité, confiance et sans chute.
Des troubles de la marche invalidants surviennent chez environ 90 % des personnes qui présentent un stade avancé de la maladie de Parkinson. Ces troubles de la marche résistent souvent aux traitements actuellement disponibles. Développer de nouvelles stratégies permettant aux patients de remarcher avec fluidité, en écartant le risque de chute, constitue donc une priorité pour les équipes de recherche qui travaillent sur cette maladie depuis de longues années.
C’est le cas d’Erwan Bézard, neuroscientifique à l’Inserm, et de son équipe à l’Institut des maladies neurodégénératives (CNRS/Université de Bordeaux), dont le travail porte notamment sur la compréhension des mécanismes pathogéniques à l’origine de la maladie de Parkinson et sur le développement de stratégies pour rétablir la motricité dans différentes pathologies. Depuis plusieurs années, il collabore avec une équipe suisse dirigée les Pr Grégoire Courtine, neuroscientifique, et Jocelyne Bloch, neurochirurgienne, spécialisés dans le développement de stratégies de neuromodulation de la moelle épinière.
En 2016, l’équipe franco-suisse avait par exemple déjà publié dans Nature des travaux montrant l’efficacité d’une interface cerveau-moelle épinière – dite « neuroprothèse » – pour restaurer le fonctionnement d’un membre paralysé suite à une lésion de la moelle épinière. Les résultats prometteurs avaient incités les scientifiques à poursuivre leurs efforts et laissaient espérer des effets bénéfiques dans la maladie de Parkinson avec un dispositif similaire.
 
Éviter les chutes et le freezing
Dans cette nouvelle étude, l’équipe a donc mis au point une neuroprothèse comparable pour pallier les chutes et le phénomène de freezing – quand les pieds restent collés au sol pendant la marche – parfois associé à la maladie de Parkinson.
Contrairement aux traitements conventionnels de la maladie de Parkinson, qui ciblent les régions du cerveau directement touchées par la perte des neurones producteurs de dopamine, cette neuroprothèse vise la zone de la moelle épinière responsable de l’activation des muscles des jambes pendant la marche, qui n’est a priori pas directement affectée par la maladie de Parkinson. Néanmoins, la moelle épinière est sous le contrôle volontaire du cortex moteur, dont l’activité est modifiée par la perte des neurones dopaminergiques.

S’appuyant sur leur expertise complémentaire, les équipes française et suisse ont pu développer et tester la neuroprothèse dans un modèle de primate non humain reproduisant les déficits locomoteurs dus à la maladie de Parkinson. Le dispositif a non seulement permis d’atténuer les déficits locomoteurs, mais aussi de rétablir la capacité de marche dans ce modèle en diminuant les phénomènes de freezing.
« L’idée de développer une neuroprothèse stimulant électriquement la moelle épinière pour harmoniser la démarche et corriger les troubles locomoteurs de patients parkinsoniens est le fruit de plusieurs années de recherche sur le traitement de la paralysie due aux lésions médullaires », explique Erwan Bézard, directeur de recherche Inserm à l’Institut des maladies neurodégénératives (université de Bordeaux/CNRS).
« Des tentatives précédentes de stimulation de la moelle ont échoué car elles stimulaient en bloc les centres locomoteurs sans tenir compte de la physiologie. Dans le cas présent, il s’agit d’une stimulation qui se superpose au fonctionnement naturel des neurones de la moelle en stimulant, avec une coordination spatiotemporelle, les différents groupes musculaires responsables de la marche », ajoutent Grégoire Courtine et Jocelyne Bloch, codirecteurs de NeuroRestore, le centre de recherche installé en Suisse romande.
Ces résultats prometteurs ont permis d’ouvrir la voie à un développement clinique, pour tester le dispositif chez un patient.
 
Une amélioration grâce à la neuroprothèse
Un premier patient, âgé de 62 ans, et vivant avec la maladie depuis trois décennies, a ainsi été opéré il y a deux ans au Centre hospitalier universitaire vaudois (CHUV), à Lausanne. Au cours d’une intervention neurochirurgicale de précision, Marc, originaire de Bordeaux, a été équipé de cette nouvelle neuroprothèse, constituée d’un champ d’électrodes placé contre la région de sa moelle épinière qui contrôle la marche et d’un générateur d’impulsions électriques implanté sous la peau de son abdomen.

Grâce à la programmation ciblée des stimulations de la moelle épinière qui s’adaptent en temps réel à ses mouvements, Marc a rapidement vu ses troubles de la marche s’estomper. Après une rééducation de quelques semaines avec la neuroprothèse, il a retrouvé une marche presque normale.

Cette neuroprothèse ouvre donc de nouvelles perspectives pour traiter les troubles de la marche dont souffrent de nombreuses personnes atteintes de la maladie de Parkinson. Toutefois, à ce stade, ce concept thérapeutique a démontré son efficacité chez une seule personne, avec un implant qui doit encore être optimisé pour un déploiement à grande échelle.
Les scientifiques travaillent donc à la mise au point d’une version commerciale de la neuroprothèse[1] intégrant toutes les fonctionnalités indispensables pour une utilisation quotidienne optimale. Des essais cliniques sur un plus grand nombre de patients doivent également démarrer dès l’année prochaine[2].
« Notre ambition est de généraliser l’accès à cette technologie innovante afin d’améliorer significativement la qualité de vie des patients atteints de la maladie de Parkinson, partout dans le monde », concluent les chercheurs.
 
[1] En partenariat avec la compagnie ONWARD Medical, une entreprise installée en Suisse qui développera ces implants.
[2] Grâce à un don d’un million de dollars de la Michael J. Fox Foundation for Parkinson’s research, le centre NeuroRestore va initier des essais cliniques sur six nouveaux patients dès l’année prochaine. Ces essais visent non seulement à valider la technologie développée en collaboration avec ONWARD, mais aussi à identifier les profils de patients les plus susceptibles de bénéficier de cette thérapie innovante. Fondée par l’acteur Michael J. Fox (Back to the future), lui-même atteint de la maladie de Parkinson, cette fondation est le principal donateur privé dans le domaine de la recherche sur la maladie de Parkinson.

 DOCUMENT        inserm        LIEN

Le vieillissement de la perception visuelle modifie-t-il le sens de l’orientation ?

*         PUBLIÉ LE : 25/01/2021 TEMPS DE LECTURE : 3 MIN ACTUALITÉ, SCIENCE
*
Si les personnes âgées ont souvent plus de mal à s’orienter, ce n’est pas seulement en raison de troubles de la mémoire ou de l’attention. Leurs capacités d’intégration des informations visuelles semblent aussi impliquées...

Les personnes âgées ont souvent plus de difficultés à s’orienter dans un environnement peu familier que les jeunes. La plupart des travaux menés pour comprendre l’origine de ce phénomène se sont penchés sur les capacités de planification, de mémoire ou d’attention, mais peu ont évalué l’implication du vieillissement du système de traitement des informations visuelles. Afin d’y remédier, des chercheurs ont comparé, dans un environnement virtuel, les performances de navigation spatiale de sujets âgés à celles de sujets jeunes. Ils ont en outre utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour en savoir plus sur les régions cérébrales mises en jeu dans les deux groupes d’individus. Leurs travaux montrent que la capacité à traiter les informations visuelles fines relatives à l’environnement, en d’autres termes les détails, diminue avec le vieillissement. En revanche, les plus âgés activent plus intensément une région du cerveau qui joue un rôle dans le traitement des informations plus globales de notre environnement, comme sa géométrie.

Un sens de l’orientation plus global
« L’étude du déclin des capacités visuelles au cours du vieillissement a souvent été négligée dans les travaux dédiés aux capacités de navigation spatiale des sujets âgés, explique Stephen Ramanoël*. Mais avant d’évaluer la façon dont ces personnes utilisent l’information relative à leur environnement, il faut savoir si la trace ou l’encodage de cette information n’est pas altéré. C’est ce que nous avons donc voulu explorer avec cette expérience. »
Concrètement, les chercheurs ont mis au point un labyrinthe virtuel en trois dimensions dans lequel les participants devaient s’orienter à l’aide de manettes alors qu’on enregistrait leur activité cérébrale par IRMf. Deux groupes de participants ont été recrutés, l’un de vingt-cinq volontaires jeunes (âge moyen de 25 ans), l’autre d’une vingtaine de personnes âgées (73 ans en moyenne). Après un temps d’apprentissage leur permettant de se familiariser avec l’utilisation des manettes, l’expérimentation débutait : la tâche des participants était de retrouver l’emplacement d’une cible dans un labyrinthe en forme de Y, constitué de trois branches reliées par un point central. Pour se faire, ils devaient se servir de la position de différents objets présents au centre du labyrinthe.
« Les sujets âgés apparaissent plus lents que les jeunes pour localiser la cible, ce qui était attendu. Par ailleurs, l’IRMf montre que les deux groupes d’âge ne mobilisent pas de la même façon les différentes régions cérébrales impliquées dans le traitement de l’information visuelle (en l’occurrence les objets placés dans le labyrinthe) et trouver la cible. » Ainsi, les jeunes adultes montraient une plus forte activité des régions occipito-temporales, des zones qui sont notamment impliquées dans le traitement de l’information visuelle fine de l’environnement. Les participants les plus âgés activaient quant à eux davantage les régions pariétales supérieures, avec une implication plus forte d’une zone du cortex occipital qui joue un rôle central dans le traitement des scènes. Elle permettrait d’intégrer les informations visuelles dans une perspective égocentrée, ainsi que la forme globale de notre environnement. « Les sujets âgés semblent avoir plus de difficultés que les sujets jeunes à utiliser les détails pour construire une carte mentale de leur environnement et s’orienter. Afin de compenser ces difficultés, au moins en partie, nous pensons que les plus âgés ont davantage recours à la géométrie de l’environnement. Ces premiers résultats nous motivent à conduire de nouvelles études afin de tester cette hypothèse. »
Ces travaux, et d’autres en cours au sein de l’Institut de la vision dirigé par Serge Picaud à Paris, offrent une meilleure compréhension des conséquences du vieillissement sur les capacités d’orientation spatiale. Ils pourraient aider à concevoir des aides visuelles spécifiques, ainsi que l’aménagement des lieux de vie des personnes âgées, qu’il s’agisse d’habitat ou d’urbanisme. Autant de pistes de réhabilitation novatrices pour maintenir et améliorer l’autonomie des personnes âgées.

Note :
*unité 968 Inserm/CNRS/Sorbonne Université, Institut de la vision, équipe Vieillissement visuel et action, Paris
Source : S Ramanoël et coll. Differential Brain Activity in Regions Linked to Visuospatial Processing During Landmark-Based Navigation in Young and Healthy Older Adults. Front Hum Neurosci du 29 octobre 2020. DOI : 10.3389/fnhum.2020.552111

 DOCUMENT        inserm        LIEN