C’est une découverte qui révolutionne notre manière de penser la mémoire et l’apprentissage. Une nouvelle étude du Dartmouth College (États-Unis), publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences, révèle que notre cerveau est doté d’un "bouton de volume moléculaire" qui sert à contrôler les signaux électriques qui traversent les synapses et les neurones. Il aurait donc un rôle déterminant à jouer dans la quantité de neurotransmetteurs libérés, ce qui modifie le nombre et les caractéristiques des neurones activés dans les circuits du cerveau. Ce remodelage de la force des connexions synaptiques est à l'origine de l'apprentissage et de la formation des souvenirs.

La découverte de ce mécanisme de contrôle et l'identification de la molécule qui le régule pourraient aider les chercheurs dans leur recherche de moyens de gérer les troubles neurologiques, notamment la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson ou encore l'épilepsie. "Les synapses de notre cerveau sont très dynamiques et parlent dans une gamme de chuchotements et de cris, schématise Michael Hoppa, professeur adjoint de sciences biologiques à Dartmouth et responsable de l’étude. Cette découverte nous met sur une voie plus droite pour pouvoir guérir des troubles neurologiques tenaces."

Une modulation de nos messages cérébraux

Comment fonctionne ce "bouton moléculaire" ? Grâce aux synapses, de minuscules points de contact qui permettent aux neurones du cerveau de communiquer à différentes fréquences. Le cerveau convertit les entrées électriques des neurones en neurotransmetteurs chimiques qui se déplacent à travers ces espaces synaptiques et sont à l’origine de nos apprentissages et de notre mémoire.

Deux fonctions soutiennent ces processus de mémoire et d'apprentissage. La première, appelée facilitation, est une série de pics de plus en plus rapides qui amplifient les signaux et modifient la forme d'une synapse. L'autre, la dépression, réduit les signaux. Ensemble, ces deux formes de plasticité maintiennent le cerveau en équilibre et préviennent les troubles neurologiques tels que les crises d'épilepsie. "Avec l'âge, il est essentiel de pouvoir maintenir ces synapses. Nous avons besoin d'un bon équilibre de la plasticité dans notre cerveau, mais aussi de la stabilisation des connexions synaptiques", explique Michael Hoppa.

En se concentrant sur l’hippocampe, la zone du cerveau où se forment nos apprentissages et nos souvenirs, les chercheurs ont découvert que les pics électriques sont délivrés sous forme de signaux analogiques dont la forme a un impact sur l'ampleur du neurotransmetteur chimique libéré à travers les synapses.

Sommairement, cela fonctionne comme un gradateur de lumière à réglages variables, non comme un interrupteur avec des boutons "marche" et "arrêt". Selon les scientifiques, ce gradateur permet de moduler la puissance des circuits cérébraux.

Le cerveau, "superordinateur" à basse fréquence

En plus de découvrir que les signaux électriques qui traversent les synapses de l'hippocampe du cerveau sont analogues, les chercheurs ont également identifié la molécule qui régule les signaux électriques. Appelée Kvβ1, elle influence notre apprentissage, notre mémoire et notre sommeil.

Ils ont aussi découvert les processus qui permettent au cerveau d'avoir une puissance de calcul aussi élevée à une énergie aussi faible. Une seule impulsion électrique analogique peut transporter des informations multiples, ce qui permet un meilleur contrôle avec des signaux à basse fréquence. "Cela nous aide à comprendre comment notre cerveau est capable de travailler à des niveaux de superordinateur avec des taux d'impulsions électriques beaucoup plus faibles et l'équivalent en énergie d'une ampoule de réfrigérateur. Plus nous en apprenons sur ces niveaux de contrôle, plus cela nous aide à comprendre comment notre cerveau est si efficace", affirme le Pr Hoppa.

L’équipe de recherche souhaite désormais se consacrer à l’influence de ce système moléculaire sur les changements du métabolisme cérébral qui se produisent au cours du vieillissement et qui sont à l'origine de troubles neurologiques courants.