C’est ainsi que le cerveau combine les souvenirs pour résoudre des problèmes

· 11 juin 2019
Découvrez-en ici davantage sur les recherches menées à ce sujet.

Le cerveau abrite notre esprit et nos souvenirs. Nous comptons sur ses capacités de traitement de l’information pour apprendre quelque chose de nouveau. Mais, comment le cerveau combine-t-il les souvenirs pour résoudre des problèmes ?

Les êtres humains ont la capacité de combiner de manière créative leurs souvenirs pour résoudre des problèmes. Et ainsi obtenir de nouvelles connaissances. Ce processus dépend en grande partie de la mémoire d’événements spécifiques. On parle alors de mémoire épisodique.

La mémoire épisodique est largement étudiée. Pour autant, les théories actuelles n’expliquent pas facilement comment les gens peuvent utiliser leur mémoire épisodique pour proposer ces idées nouvelles. Une nouvelle étude menée à ce sujet offre une nouvelle façon de comprendre la manière dont le cerveau humain relie individuellement ses souvenirs pour résoudre des problèmes.

L’étude a été menée par une équipe de neuroscientifiques et de chercheurs en intelligence artificielle de DeepMind, l’Université Otto von Guericke Magdeburg et le Centre allemand des maladies neurodégénératives (DZNE). La revue Neuron en a publié les résultats.

Nouveau mécanisme cérébral pour récupérer des souvenirs

Les chercheurs proposent l’exemple suivant pour expliquer comment s’active la récupération de souvenirs : imaginez que vous voyiez une femme conduire sa voiture dans la rue. Le lendemain, vous voyez un homme conduire la même voiture dans la même rue. Cela pourrait déclencher le souvenir de la femme que vous avez vue la veille. Et vous pourriez penser que c’est un couple et qu’ils vivent ensemble, puisqu’ils partagent une voiture.

Les chercheurs proposent un nouveau mécanisme cérébral qui permettrait à la récupération de souvenirs d’activer la récupération d’autres souvenirs liés de la sorte.

le cerveau combine les souvenirs

En accord avec les théories standard de la mémoire épisodique, les auteurs de l’étude postulent que les souvenirs individuels sont stockés sous forme de traces distinctes dans une région du cerveau appelée l’hippocampe.

Selon Raphael Koster, investigateur de DeepMind et co-auteur de l’étude, des souvenirs épisodiques peuvent nous dire si nous connaissions déjà quelqu’un. Ou si nous avions garé notre voiture, par exemple. “Le système de l’hippocampe est compatible avec ce type de mémoire, ce qui est crucial pour un apprentissage rapide « , explique-t-il.

Contrairement aux théories classiques, la nouvelle théorie explore une connexion anatomique non surveillée. Cette dernière laisse l’hippocampe au cortex entorhinal voisin, mais y rentre immédiatement. Les chercheurs ont pensé que cette connexion récurrente est ce qui permet aux souvenirs récupérés de l’hippocampe de déclencher la récupération d’autres souvenirs liés.

L’association des souvenirs pour résoudre des problèmes

Les chercheurs ont mis au point un moyen de tester cette théorie par IRM. L’étude a été menée auprès de 26 jeunes hommes et femmes alors qu’ils effectuaient une tâche qui les obligeait à obtenir des informations sur des événements distincts.

On a montré aux volontaires des paires de photographies : une photo montrait un objet, l’autre un lieu. Chaque objet et chaque lieu apparaissent dans deux paires de photos distinctes, chacune associée à un visage différent. Cela signifiait que chaque paire de photos était liée à une autre paire via l’objet partagé ou l’image du lieu.

Dans une seconde phase, les chercheurs ont testé si les participants pouvaient déduire la connexion indirecte entre les deux faces liées. Pour celui, ils leur ont montré un visage et demandé de choisir entre deux autres faces. L’une des options, la bonne, a été associée au même objet ou à la même image du lieu. Et l’autre non.

Les chercheurs ont prédit que le visage présenté déclencherait la récupération de l’objet ou du lieu apparié. Et, par conséquent, que cela provoquerait une activité cérébrale qui passerait de l’hippocampe au cortex entorhinal. En outre, les chercheurs s’attendaient également à trouver des preuves que cette activité reviendrait plus tard dans l’hippocampe. Afin d’activer la récupération du bon visage lié.

En utilisant des techniques spécialisées développées par eux-mêmes, les chercheurs ont pu séparer les parties du cortex entorhinal fournissant des informations à l’hippocampe. Cela leur a permis de mesurer avec précision les modèles d’activation à l’entrée et à la sortie de l’hippocampe séparément.

Les chercheurs ont programmé un algorithme informatique pour distinguer l’activation de scènes et d’objets dans ces régions d’entrée et de sortie. L’algorithme n’a été appliqué que lorsque des visages étaient affichés à l’écran.

Selon les chercheurs, ces données ont montré que lorsque l’hippocampe récupère un souvenir, l’activation ne passe pas au reste du cerveau, mais recircule vers l’hippocampe. Ce mécanisme serait celui qui permettrait de récupérer d’autres souvenirs liés.

le cerveau combine les souvenirs

Les chercheurs considèrent les résultats de l’algorithme comme une synthèse de théories anciennes et nouvelles“On peut considérer les résultats comme les meilleurs des deux mondes. Vous conservez la capacité de mémoriser des expériences individuelles en les séparant. Tout en permettant aux souvenirs associés de se combiner à la volée au point de récupération.”, explique Dharshan Kumaran, co-auteur de l’étude.

Selon Kumaran, cette compétence est utile, par exemple, pour comprendre comment différentes parties d’une histoire s’emboîtent, ce qui n’est pas possible si vous récupérez un souvenir de mémoire.

Les auteurs pensent que les résultats de cette étude pourraient permettre d’améliorer la recherche dans le domaine de l’intelligence artificielle. Martin Chadwick, co-auteur de l’étude, explique que l’intelligence artificielle est supérieure à de nombreux domaines. Pourtant, les humains ont toujours un avantage lorsque les tâches dépendent de l’utilisation flexible de la mémoire épisodique. En ce sens, comme le dit Chadwick, “Nous pouvons comprendre les mécanismes qui permettent aux gens de le faire. L’espoir est donc de les reproduire dans nos systèmes d’intelligence artificielle. En leur donnant la capacité de résoudre certains problèmes en beaucoup moins de temps.”

 

  • Koster, R., Chadwick, M., Chen, Y., Berron, D., Banino, A. y Düzel, E. et al. (2018). Big-Loop Recurrence within the Hippocampal System Supports Integration of Information across Episodes. Neuron99(6), 1342-1354.e6. doi: 10.1016/j.neuron.2018.08.009