L’influence des rythmes cardiaque et respiratoire sur la mémoire
Mis à jour le 18/03/24.
Titre du projet : Influence des rythmes cardiaques et respiratoires sur la fonction mnésique
Porteur du projet : Pascale QUILICHINI – Institut de Neurosciences des Systèmes (Marseille)
Montant : 80 000 €
«Je voulais encore dire un grand merci à la FRC pour son soutien, dans une époque où le soutien à des projets exploratoires comme celui-ci est très rare. Le développement de cet axe de recherche a permis de solidifer ma jeune équipe, amorcer de nouvelles approches conceptuelles et expérimentales, et lui donner des atouts scientifiques et matériels pour l’avenir. Ce financement a été distribué sur 2 années, mais ses bénéfices se s’étendront sur une plus longue période.» – Pascale Quilichini
Descriptif du projet
La mémoire est une fonction physiologique centrale impliquant la coordination de plusieurs régions cérébrales, en particulier le cortex préfrontal médian et l’hippocampe. Leur dialogue est au cœur de la construction des souvenirs épisodiques. Le couplage de ces deux régions est sous-tendu par la synchronisation des différentes oscillations de réseau et par le recrutement de groupes de neurones qui codent pour les informations à stocker. Un trait distinctif de ces activités est leur forte variance, une caractéristique déroutante systématiquement observée dans toutes les études. Que pourrait expliquer une telle variance ? Un nombre croissant d’études, chez l’homme et chez les rongeurs, rapporte que le rythme respiratoire et le rythme cardiaque peuvent affecter directement les rythmes cérébraux.
Ce projet testera l’hypothèse que les rythmes cardiaque et respiratoire pourraient moduler la mémoire grâce à leur interaction avec le couplage cortico-hippocampique. Une telle modulation expliquerait une partie de la variance observée. Les chercheurs évalueront à quel(s) niveau(x) du processus de mémoire spatiale (encodage, consolidation et rappel) cet environnement interne du corps peut influencer le fonctionnement du cerveau. L’équipe collectera simultanément les rythmes respiratoire et cardiaque, et les oscillations et assemblées neuronales dans l’hippocampe et le cortex avec des sondes d’enregistrement haute densité innovante chez des rats effectuant une tâche de mémoire spatiale. Ils détermineront d’abord si (et comment) les rythmes cardiaque et respiratoire peuvent moduler le couplage hippocampe-cortex, qui sous-tend la performance mnésique, et si cela explique une partie de la variance du couplage. Puis, le même protocole sera utilisé en manipulant pharmacologiquement ces deux rythmes afin de tester la causalité.
Ce projet pourrait constituer la première preuve de concept que des organes périphériques peuvent directement influencer les processus de mémorisation dans le cerveau. En outre, il pourrait s’avérer utile dans un contexte pathologique, comme pour les patients épileptiques qui souffrent de déficits cognitifs, de fortes altérations du rythme cardiaque et d’épisodes d’apnée.
Premiers résultats
Les premiers travaux de l’équipe montrent que, pendant le sommeil suivant la tâche de mémoire spatiale effectuée par le rongeur, l’hippocampe et le cortex synchronisent fortement leurs activités. Cette synchronisation concerne des rythmes bien connus pour être des marqueurs de la consolidation mnésique. La synchronisation de ces rythmes apparait calée spécifiquement sur la phase d’expiration. Cet entrainement par l’expiration est bien plus important pendant le sommeil suivant la tâche mnésique que pendant le sommeil le précédent. Les analyses mathématiques suggèrent que le rythme respiratoire serait capable de faciliter la synchronisation d’activités cérébrales particulièrement pendant les phases de sommeil suivant la mémorisation, ce qui serait un mécanisme instrumental pour la consolidation mnésique, étape où l’information est rangée et renforcée pour assurer sa durabilité. Les équipes n’ont toutefois pas identifié de relation significative avec le rythme cardiaque.
Publications
Les résultats sont en cours de publication.
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Pascale Quilichini et son équipe étudient la dynamique du cerveau entier dans des états comportementaux donnés, en condition normale et pathologique. L’environnement technologique de pointe de l’INS leur permet d’évaluer par exemple comment des neurones spécifiques codent l’information pendant les tâches cognitives et comment ils contrôlent la dynamique des réseaux, dans le cadre notamment de l’épilepsie et de la maladie d’Alzheimer.
Equipe «Dynamique des réseaux neuronaux et mémoire» au sein du groupe PhysioNet de l’INS portée par Pascale Quilichini
Pascale Quilichini rejoint l’institut de Neuroscience des Systèmes en 2009, en tant que chargée de recherche au sein de l’équipe Physionet. Elle y est responsable de l’axe de recherche «Dynamique des réseaux neuronaux et mémoire» dont l’objectif est de comprendre comment des réseaux neuronaux distribués dans le cerveau se coordonnent pour sous-tendre des fonctions cognitives, comme la mémoire.
Ce projet est issu d’une équipe de l’Institut de Neurosciences des Systèmes (INS) situé sur le Campus La Timone à Marseille.
