L'hippocampe et la mémoire cognitive

En 1953, un patient célèbre, H.M., subissait une ablation du lobe temporal bilatéral en raison de crises d'épilepsie fréquentes et incurables. Après cette intervention, il fut atteint d'une amnésie sévère antérograde: il ne pouvait se souvenir d'événements ayant eu lieu cinq minutes auparavant, bien que se souvenant de ceux d'un lointain passé remontant à plusieurs années. En revanche, H.M. possédait ses facultés de raisonnement et de calcul, autrement dit sa "mémoire procédurale". A partir de ce moment, la recherche en neuroscience se focalisa en partie sur l'étude de l'hippocampe, cette région du lobe temporal qui joue un rôle aussi essentiel dans la mémorisation et l'apprentissage, en particulier dans ce qu'on appelle dans la "mémoire déclarative".

A gauche : localisation de l'hippocampe.
A droite : cellules de l'hippocampe vues au microscope, montrant une disposition lamellaire

La disposition régulière laminaire des cellules dans l'hippocampe est en faveur du rôle de la géométrie du système, et, par conséquent, de l'utilisation de la théorie du champ à n niveaux. La seule topologie est insuffisante pour décrire les potentiels électriques enregistrés dans le tissu nerveux. Les travaux menés en collaboration avec T.W. Berger, dans le Programme de Neurosciences de l'Université de Californie du Sud (USC) à Los Angeles ont permis pour la première fois d'apporter une interprétation mathématique à la réponse des cellules des grains après une stimulation des voies perforantes (extracellular field potential). Les propriétés générales de l'organisation fonctionnelle ont pu être vérifiées. Ce cas de transmission monosynaptique fait intervenir la structure géométrique représentée par les densités spatiales des fibres de la voie perforante, les densités de synapses entre les fibres et les cellules des grains, et les densités de ces cellules.

La théorie du champ introduit de nouveaux paramètres neuronaux qui décrivent, d'une part, les sources à chaque niveau d'organisation, d'autre part la capacité des neurones à modifier les variables de champ sous influence externe et leur capacité à changer d'état interne sous l'influence des variables de champ, autrement dit, à un feedback du neurone sur lui-même. Ces nouveaux paramètres ne peuvent être exprimés en termes moléculaires, comme les constantes de vitesse des réactions chimiques, les "diamètres" des canaux, leur nombre, etc. Même si cela peut sembler curieux à une période scientifique du tout-moléculaire, cela ne constitue pas un inconvénient, car ils expriment quelque chose de différent, quelque chose de plus, l'effet statistique de la population ou effet de groupe, effet qui n'est pas réductible aux individus de la population, quel que soit le niveau d'organisation fonctionnelle considéré.
Puisque déduits de la théorie générale, on obtient cet effet aussi bien pour les canaux, les synapses, les neurones ou les groupes de neurones. Par exemple, c'est un effet que l'on ne retrouve pas dans le potentiel créé par un ou deux neurones. Ces nouveaux paramètres constituent donc un moyen supplémentaire de caractériser le comportement des populations constituées d'un grand nombre d'éléments.