Étude des oscillations thêta soutenant l’interaction hippocampo-préfrontale dans la mémoire de travail séquentielle

Contexte académique

Le cortex préfrontal dorsolatéral (DLPFC) et l’hippocampe jouent un rôle crucial dans la mémoire de travail séquentielle, mais les mécanismes d’interaction précis restent flous. Des études antérieures ont montré que ces deux régions cérébrales interagissent par des oscillations thêta dans la mémoire épisodique et la navigation spatiale, mais leur rôle précis dans la mémoire de travail nécessite une exploration plus approfondie. Certaines recherches ont révélé que la cohérence thêta entre l’hippocampe et le cortex préfrontal est liée à l’apprentissage de contextes spatiaux et d’objets, et que des lésions ou des dysfonctionnements influencent cette capacité de mémoire. L’objectif de cette étude est d’explorer les mécanismes d’interaction entre le DLPFC et l’hippocampe dans le traitement en temps réel des performances séquentielles, afin de révéler leurs rôles précis.

Source de l’article

Cet article a été publié dans Neurosci. Bull., avec pour principaux auteurs Minghong Su, Kejia Hu, Wei Liu, Yunhao Wu, et al. Les auteurs viennent notamment de l’Institut de psychologie de l’Académie chinoise des sciences et de l’hôpital Ruijin affilié à l’Université Jiaotong de Shanghai. L’article a été publié en ligne le 17 octobre 2023.

Processus de recherche et détails expérimentaux

Sujets de recherche et méthodes

Les sujets de l’étude étaient 20 patients épileptiques (8 femmes, âge moyen de 27,6 ± 8,2 ans) ayant fait l’objet d’un enregistrement stéréo-EEG (SEEG) au centre de neurochirurgie fonctionnelle de l’hôpital Ruijin. Ces enregistrements couvrent le DLPFC et l’hippocampe. Une tâche de classement de lignes a été utilisée, où les patients devaient placer les lignes dans l’ordre des aiguilles d’une montre et se souvenir de leur direction après un court délai.

Processus expérimental

L’expérience comprenait les étapes suivantes :

1. Tâche de classement des lignes : Les participants devaient effectuer 4 à 6 blocs d’expériences après une phase d’entraînement de 3 minutes. Chaque bloc durait 9 minutes et comprenait 32 essais de classement alternés et 32 essais aléatoires.

2. Collecte et prétraitement des données : Les données de l’EEG ont été collectées et prétraitées, focalisées sur le DLPFC et l’hippocampe, avec 56 sites hippocampiques et 43 sites DLPFC au total.

3. Analyse temporelle-fréquentielle (TFR) : La transformation en ondelettes de Morlet a été utilisée pour analyser le spectre de puissance à différentes phases de la tâche.

4. Analyse de la cohérence de phase : La méthode de la cohérence imaginaire a été employée pour analyser la cohérence de phase thêta entre différentes régions cérébrales.

5. Analyse de causalité de Granger : Une méthode de causalité temporelle a été utilisée pour identifier les influences directionnelles entre le DLPFC et l’hippocampe.

Résultats expérimentaux

Performance de la tâche

Les résultats ont montré un temps de réflexion significativement plus long et un taux d’erreur de rappel également plus élevé dans les essais aléatoires par rapport aux essais de classement, indiquant que la tâche de classement aléatoire sollicitait davantage la mémoire de travail.

Relation entre la puissance thêta et la performance de la tâche

L’étude a révélé que l’augmentation instantanée de la puissance thêta de l’hippocampe pendant la phase d’encodage était étroitement liée à la performance de la tâche. En revanche, l’augmentation de la puissance thêta du DLPFC pendant les phases d’encodage et de délai était plus soutenue. Pour les essais à forte performance, la puissance des basses fréquences thêta (2,5–5 Hz) de l’hippocampe était particulièrement cruciale. De plus, une cohérence de phase thêta significativement renforcée entre l’hippocampe et le DLPFC a été observée pendant les essais aléatoires, surtout dans les essais avec une précision de mémoire plus élevée.

Influence directionnelle dans la bande thêta

L’analyse de causalité de Granger a révélé que, dans les tâches aléatoires, l’influence du DLPFC sur l’hippocampe était plus marquée que l’inverse. Ce résultat correspond avec l’augmentation de la cohérence mentionnée précédemment, suggérant une influence plus forte du DLPFC sur l’hippocampe lors du traitement des informations séquentielles.

Conclusion et signification de la recherche

Cette étude a trouvé que les oscillations thêta soutiennent l’interaction entre le DLPFC et l’hippocampe dans la mémoire de travail séquentielle. Cette découverte renforce l’importance du cortex préfrontal et de l’hippocampe dans l’encodage et la manipulation des informations séquentielles et suggère que cette interaction peut se produire par un mécanisme de file d’attente compétitive. Cela a des implications significatives pour la compréhension des mécanismes neuronaux de la mémoire de travail et pour leurs applications potentielles. Des recherches supplémentaires peuvent explorer l’activité neuronale spécifique et les bases anatomiques de ce mécanisme.

Points forts de la recherche

1. Découverte importante : L’étude clarifie pour la première fois l’importance de l’interaction via les oscillations thêta entre le DLPFC et l’hippocampe dans la mémoire de travail séquentielle en temps réel.
2. Relation entre performance de la tâche et activité électroencéphalographique : Elle révèle la dynamique de la puissance thêta dans l’hippocampe et le DLPFC à différents stades de la tâche et leur rapport avec la précision de la mémoire, enrichissant la compréhension de la performance de la tâche.
3. Influence directionnelle : Pour la première fois, l’analyse de causalité de Granger montre une influence significative du DLPFC sur l’hippocampe, illustrant la directionnalité de l’interaction entre les régions cérébrales.

Autres informations précieuses

Cette étude offre de nouvelles perspectives sur le rôle des régions cérébrales dans la mémoire de travail et propose de nouvelles avenues pour le traitement des maladies cérébrales, telles que l’amélioration des fonctions mémorielles par la modulation des oscillations thêta. Les limites actuelles de la recherche résident dans l’incapacité à différencier les rôles spécifiques des parties antérieure et postérieure de l’hippocampe. Des recherches futures pourront se concentrer sur cet aspect pour approfondir notre compréhension du rôle de l’hippocampe dans la mémoire.

Résumé

Cette étude a révélé de manière innovante l’importance des oscillations thêta soutenant l’interaction entre le DLPFC et l’hippocampe dans la mémoire de travail séquentielle. Cette découverte fournit de nouvelles preuves pour l’étude des mécanismes neuronaux de la mémoire de travail, ainsi que de nouvelles directions pour les applications cliniques futures et la recherche fondamentale.