Une question ancienne divise les neurosciences : le cerveau démarre-t-il comme une page blanche, sur laquelle l'expérience viendrait ajouter des connexions, ou arrive-t-il déjà câblé ? Des travaux publiés en avril dans la revue Nature Communications proposent une réponse pour l'hippocampe, cette structure profonde en forme d'hippocampe marin qui joue un rôle central dans la formation des souvenirs.

Ce que l'équipe a observé

Les chercheurs se sont concentrés sur une région précise, appelée corne d'Ammon 3, ou CA3, impliquée dans le stockage et le rappel des souvenirs. Cette zone repose sur une propriété appelée plasticité, qui permet aux neurones de renforcer ou d'affaiblir continuellement leurs connexions, et donc les souvenirs correspondants.

L'équipe a examiné des tissus cérébraux de souris prélevés peu après la naissance, à l'adolescence et à l'âge adulte. Le résultat contredit l'hypothèse de la page blanche. Chez les très jeunes animaux, les réseaux hippocampiques apparaissent densément câblés, avec de nombreux neurones hyperconnectés selon un agencement en apparence aléatoire.

À mesure que le cerveau se développe, ces réseaux deviennent plus clairsemés mais mieux structurés, sous l'effet d'un élagage des connexions. Ce processus démarre peu après la naissance, avec une chute marquée de la connectivité dès l'adolescence.

Peter Jonas, neuroscientifique à l'Institut des sciences et technologies d'Autriche et coauteur, résume le renversement : le système ne fonctionne pas comme une page blanche que l'information viendrait remplir, mais comme une page pleine qui se raréfie et se spécialise.

Des connexions puissantes, et c'est une surprise

Un second résultat a étonné l'équipe. On pourrait s'attendre à ce que les synapses des premiers stades de développement soient rudimentaires et faibles. Les observations montrent l'inverse, indique Peter Jonas.

Cette différence a une conséquence directe sur le fonctionnement. Dans un tissu cérébral jeune, une seule entrée suffit à déclencher la décharge d'un neurone. Dans un réseau mature, plusieurs entrées simultanées sont nécessaires.

Nos premiers souvenirs seraient donc trop imprécis pour pouvoir être conservés durablement. © iLexx, iStock

Pourquoi cela pourrait expliquer l'amnésie infantile

C'est l'hypothèse que les auteurs tirent de ces observations, et elle repose sur une notion de précision. Les souvenirs sont supposés stockés dans des réseaux de neurones qui se déclenchent ensemble et représentent une expérience donnée.

Or une excitabilité aussi forte a un prix. Lorsque les neurones s'activent trop facilement, des expériences différentes déclenchent des schémas d'activité qui se recouvrent. Si ce recouvrement est trop important, le cerveau peine à distinguer un souvenir d'un autre. Au lieu de constituer des réseaux distincts, il produirait des souvenirs plus larges et moins spécifiques. Un système très actif, donc, mais peu précis.

Cette imprécision se lit dans le comportement. Des travaux sur les rongeurs montrent que de jeunes animaux apprennent à craindre l'endroit d'une cage où ils ont reçu une décharge légère, et s'immobilisent en y revenant. Contrairement aux adultes, qui réagissent à l'emplacement exact, les jeunes manifestent la même réaction dans des environnements simplement similaires. Le souvenir existe, mais il n'est pas localisé.

La maturation modifie cet équilibre. Les neurones deviennent plus sélectifs et exigent plusieurs entrées pour se déclencher, ce qui produit des réseaux mieux séparés et des souvenirs plus stables. Nos premiers souvenirs seraient donc trop imprécis pour être conservés durablement.

Un accueil favorable, avec des nuances

Ces résultats s'accordent avec un ensemble de travaux sur le développement de la mémoire, estime Hauður Freyja Ólafsdóttir, professeure adjointe à l'institut Donders de l'université Radboud, aux Pays-Bas, qui n'a pas participé à l'étude. Elle souligne l'intérêt de cette convergence : la psychologie du développement établit depuis longtemps que la mémoire gagne en spécificité avec l'âge, et l'on observe désormais le même mouvement à l'échelle des circuits neuronaux.

Reste la question de l'origine de ce câblage initial. Peter Jonas avance qu'il résulterait d'un programme génétique de développement, l'expérience venant ensuite affiner l'ensemble après la naissance. Interrogé sur le statut de ces connexions prénatales, il estime plus probable qu'elles constituent un produit dérivé du développement plutôt que de véritables souvenirs.

Ces résultats n'excluent pas que des expériences antérieures à la naissance laissent des traces durables. Hauður Freyja Ólafsdóttir considère toutefois que ces formes précoces d'apprentissage reposent sur d'autres systèmes neuronaux que les circuits hippocampiques matures. Elle ne conteste pas leur existence ni leur influence, ces traces marquant selon elle le cerveau et probablement la psychologie, mais elles ne ressembleraient pas aux souvenirs détaillés formés plus tard.

À quoi servirait une page pleine

Il reste à comprendre l'intérêt d'un tel dispositif de départ. Cette surconnexion initiale offrirait au cerveau une avance décisive, en permettant aux neurones d'associer rapidement des informations de natures différentes, images, sons et odeurs.

Avec une page blanche, les neurones seraient trop dispersés pour se trouver les uns les autres, ce qui compliquerait les premières communications. En démarrant surconnecté, l'hippocampe garantirait que le câblage nécessaire est déjà en place.

Ce que l'étude ne dit pas

Une réserve s'impose pour interpréter correctement ces conclusions. Ces travaux portent sur des tissus de souris. Le mécanisme décrit constitue une hypothèse plausible pour l'amnésie infantile chez l'humain, non une démonstration. L'absence de souvenirs des premières années fait par ailleurs l'objet d'autres explications, notamment le renouvellement neuronal de l'hippocampe et le rôle du langage dans l'encodage et le rappel.