UHJ et Centre Ruppin : la pieuvre se souvient grâce à un interrupteur moléculaire qui renforce les connexions entre les cellules nerveuses
Comment les pieuvres mémorisent-elles ? Comment retiennent-elles ce qu’elles apprennent ? Une nouvelle étude révèle l’existence, dans le cerveau de la pieuvre, d’un « interrupteur moléculaire » surprenant qui contribue à préserver les souvenirs en maintenant, au fil du temps, le renforcement des connexions entre les cellules nerveuses, et ce, sans nécessiter la production de nouvelles protéines. Cette découverte apporte un éclairage inédit sur l’un des plus grands mystères de la nature : comment des créatures dotées de cerveaux radicalement différents ont pu développer des capacités d’apprentissage et de mémorisation remarquablement sophistiquées. L’étude, menée par les Drs Ana Luiza Turchetti-Maia et Tal Shomrat, ainsi que le Pr Binyamin (Benny) Hochner de l’Université hébraïque de Jérusalem et du Ruppin Academic Center a mis en lumière un mécanisme moléculaire jusqu’alors inconnu. Celui-ci pourrait expliquer comment ces animaux, dotés d’une intelligence remarquable, forment et conservent des souvenirs. Ces travaux révèlent que le cerveau de la pieuvre utilise un « interrupteur moléculaire » unique pour maintenir le renforcement des connexions entre ses cellules nerveuses.
Cette découverte offre de nouvelles perspectives sur la manière dont des mécanismes sophistiqués d’apprentissage et de mémoire ont pu évoluer indépendamment chez des animaux dont la lignée a divergé de la nôtre il y a des centaines de millions d’années. Les pieuvres sont réputées pour leurs capacités cognitives exceptionnelles, notamment leur aptitude à résoudre des problèmes, à explorer leur environnement et à tirer des leçons de leurs expériences. Malgré leur éloignement évolutif par rapport aux humains, elles possèdent des systèmes d’apprentissage et de mémoire très élaborés. Les recherches se sont concentrées sur une région cérébrale appelée « lobe vertical » qui, à l’instar de l’hippocampe chez les vertébrés, joue un rôle central dans l’apprentissage et la mémoire. Tout comme l’hippocampe, le lobe vertical de la pieuvre peut renforcer les connexions entre les neurones en réponse à une stimulation brève et intense ; ce processus, appelé « potentialisation à long terme » (PLT), est considéré comme l’un des mécanismes cellulaires fondamentaux à la base de l’apprentissage et de la mémoire.
Toutefois, les chercheurs ont découvert que les pieuvres maintiennent ces connexions renforcées grâce à un processus moléculaire étonnamment différent. Au cœur de cette découverte se trouve le monoxyde d’azote (NO), une minuscule molécule gazeuse qui agit comme un messager entre les cellules nerveuses. L’équipe a découvert que le monoxyde d’azote (NO) joue un double rôle : il favorise le renforcement des connexions synaptiques en facilitant la libération de neurotransmetteurs et contribue à maintenir ce renforcement en activant de manière persistante la monoxyde d’azote synthase (NOS), l’enzyme responsable de sa propre production. Cela crée une boucle de rétroaction positive auto-entretenue, une sorte d’interrupteur moléculaire qui, une fois activé, permet de maintenir le renforcement des connexions synaptiques dans la durée.
Fait remarquable, les chercheurs ont constaté que, contrairement à de nombreuses formes de plasticité liées à la mémoire bien étudiées chez les vertébrés, ce processus permet, chez la pieuvre, de maintenir une potentialisation à long terme sans nécessiter la synthèse de nouvelles protéines. Ce résultat remet en question les conceptions classiques concernant les mécanismes moléculaires qui sous-tendent les changements durables au sein des connexions neuronales. « Ce qui rend cette découverte si passionnante, c’est que les pieuvres ont développé une solution moléculaire fondamentalement différente pour répondre à un défi commun à tous les systèmes d’apprentissage : comment transformer une expérience brève en un changement durable des connexions neuronales », explique le professeur Benny Hochner. « C’est un exemple frappant de la façon dont l’évolution peut aboutir à des principes d’apprentissage et de mémoire similaires par le biais de mécanismes biologiques très différents. » Au-delà de révéler un nouvel aspect fascinant de l’intelligence des pieuvres, cette découverte souligne comment l’étude d’animaux dotés de systèmes nerveux ayant évolué indépendamment peut enrichir notre compréhension des fondements biologiques de l’apprentissage et de la mémoire.
Publication dans The Journal of Neuroscience
