Le cerveau figure parmi les organes les plus gourmands en énergie. À chaque transmission d’un signal nerveux, les neurones mobilisés ont besoin d’un apport énergétique important, fourni sous forme d’ATP, une molécule produite par les mitochondries.
 

Véritables centrales énergétiques de la cellule, ces organites adaptent leur activité aux besoins des neurones. Lorsque leur capacité de production est altérée, le fonctionnement neuronal s’en trouve affecté, avec des conséquences sur les performances cognitives.
 

Partant de ce constat, le biologiste Jaime de Juan-Sanz, de l’Institut du cerveau et de la moelle épinière à Paris, et son équipe ont cherché à déterminer si une augmentation de la production énergétique mitochondriale pouvait, à l’inverse, renforcer les capacités cognitives et permettre de moduler certaines fonctions cérébrales.

Lorsqu’un neurone est activé, une importante quantité de calcium pénètre dans la cellule puis dans ses mitochondries. Cette entrée de calcium stimule alors la production locale d’ATP.
 

Une fois la transmission nerveuse achevée, des canaux présents dans les membranes mitochondriales expulsent activement ce calcium. Ce mécanisme met fin à la stimulation énergétique et évite une production excessive d’énergie.
 

Les chercheurs se sont intéressés à l’un de ces canaux, baptisé Letm1. Dans des neurones de rat cultivés en laboratoire, ils ont empêché sa production. Cette manipulation a réduit d’environ trois fois l’évacuation du calcium mitochondrial après l’activation neuronale.

Afin d’évaluer les conséquences de cette rétention de calcium, les scientifiques ont mesuré les variations d’ATP dans les cellules.

Alors que les neurones normaux produisent généralement une quantité d’énergie correspondant à leur consommation, ceux privés du canal Letm1 ont présenté une accumulation d’ATP deux fois plus importante après stimulation, signe d’une production énergétique supérieure aux besoins immédiats.

Les chercheurs ont ensuite voulu savoir si cette augmentation de l’activité mitochondriale pouvait avoir une influence sur les capacités cognitives, en particulier sur la mémoire à long terme, dont le fonctionnement dépend étroitement du métabolisme neuronal.
 

Pour cela, ils ont supprimé le canal Letm1 chez des drosophiles et chez des souris. Les animaux ont ensuite été soumis à un test d’aversion olfactive consistant à associer une odeur particulière à une expérience désagréable.

Les scientifiques ont ensuite observé la durée pendant laquelle cette association restait mémorisée.
 

Chez les animaux témoins, une seule séance de conditionnement ne suffit pas à inscrire durablement cette association dans la mémoire à long terme. Vingt-quatre heures après l’expérience, ils ne manifestent plus d’évitement vis-à-vis de l’odeur.
En revanche, les animaux dépourvus du canal Letm1 continuent d’éviter l’odeur un jour après l’exposition.

Ce comportement indique que l’association entre l’odeur et l’événement désagréable a été conservée dans leur mémoire à long terme.

Le fait que ce mécanisme soit observé aussi bien chez les mouches que chez les souris laisse penser qu’il est apparu très tôt au cours de l’évolution.

Cette proximité fonctionnelle suggère qu’un mécanisme similaire pourrait également exister chez l’être humain, même si cela reste à confirmer.

Ces résultats ouvrent des perspectives intéressantes pour la compréhension et le traitement des troubles de la mémoire. Toutefois, les chercheurs soulignent la nécessité d’une grande prudence.

Des mutations affectant le canal Letm1 ont déjà été associées à diverses pathologies neurologiques, ce qui rend toute intervention sur ce mécanisme potentiellement délicate.
Par ailleurs, si l’idée d’améliorer artificiellement les capacités de mémorisation peut sembler séduisante, le mode de fonctionnement actuel de notre mémoire résulte d’un long processus évolutif.

Le fait de ne pas retenir durablement chaque information rencontrée n’est probablement pas un hasard.

Une mémorisation systématique de toutes les expériences observées une seule fois représenterait un coût énergétique considérable et conduirait au stockage d’un grand nombre d’informations peu utiles.