Qu'est-ce que les systèmes de mémoire multiples et comment ont-ils changé notre compréhension du cerveau ?

"Je veux que tu te souviennes du numéro 584. Je reviens tout de suite", dit la docteure Brenda Milner à Henry, un patient souffrant d'une amnésie sévère. Elle l'a laissé seul dans le cabinet. Mais avant, elle s'est assuré qu'il n'allait avoir aucune distraction. Milner est allé prendre un café et, vingt minutes plus tard, elle est revenue.

- Quel est le numéro ?

- 584

- Oui ? C'est très bien. Comment as-tu fait ?

- Bon, 5,8 et 4 font 17. Divisé par 2, tu as 8 et 9. Souviens-toi du 8. Divise 9, tu as 5 et 4. 584. Simple

- Et tu te souviens de mon nom ?

- Désolé, le problème vient de ma mémoire.

Bien que Milner et Henry se soient connus pendant plus de trente ans, il n'a jamais retenu son nom. Chaque fois qu'ils se voyaient, elle devait se présenter.

En fait, il ne se souvenait de rien de ce qu'il vivait.

Milner fut la première psychologue à se consacrer à l'étude de son cas et, avec ses recherches antérieures et postérieures sur d'autres patients, un savoir est apparu qui a changé notre compréhension du cerveau et de la mémoire.

"Il y a eu un tournant presque copernicien. Nous sommes passés de la compréhension du cerveau d'une [ceryaine] manière à quelque chose de complètement différent, grâce à des études comme celles de la professeure Milner", souligne Gabriel Ruiz, professeur d'histoire de la psychologie à l'Université de Séville, en Espagne.

Une chirurgie cérébrale

L'anecdote sur le numéro 584 a été racontée par Milner dans une interview publiée par l'Association pour la science psychologique en 2013.

La neurobiologiste avait rencontré Henry en 1955, quand il avait 29 ans.

Ce n'est qu'après sa mort, à l'âge de 82 ans, que son nom a été rendu public : Henry Molaison. Avant, il était apparu dans les études et publications spécialisées sous le nom de patient H. M.

Henry avait souffert de crises d'épilepsie très graves qui l'empêchaient de mener une vie normale. C'est pourquoi il a été soumis à une opération au cours de laquelle on lui a retiré certaines structures cérébrales.

Le chirurgien avait déterminé que ces structures étaient à l'origine des crises épileptiques.

Le problème de l'épilepsie a été résolu, mais un autre est apparu : après l'opération, Henry ne pouvait rien se rappeler de ce qui se passait dans sa vie. Il souffrait d'amnésie antérograde.

La chirurgie lui avait causé un dommage qui l'empêchait de créer de nouveaux souvenirs. Cependant, beaucoup des souvenirs qu'il avait formés avant l'opération, comme ceux de son enfance, il les conservait.

Et le numéro ?

Mais si Henry ne pouvait pas consolider de nouveaux souvenirs, comment a-t-il pu se souvenir du numéro 584 ?

La clé était qu'il "pouvait retenir des informations très bien grâce à une pratique verbale constante", a indiqué Milner lors de l'entretien de 2013.

À cela s'ajoutait un élément fondamental, a dit à la BBC, le docteur Robert Zatorre, professeur à l'Institut neurologique de Montréal (The Neuro), au Canada.

"S'il n'était pas interrompu et qu'il se mettait à penser constamment à ce nombre, à faire un exercice mental, il pouvait, après un certain temps, quand elle le lui demandait, le dire."

Mais si je le distrayais avec autre chose, si je lui demandais, par exemple, quel est le nom de son père ? Cette petite interruption faisait que le patient oubliait le numéro, mais pas seulement cela, il oubliait aussi qu'on lui avait donné un numéro qu'il devait retenir.

Je te dirais : "Quel numéro ? Je ne sais pas à quoi il fait référence."

Au-delà de l'évident

Zatorre, qui dirige le Laboratoire de neurosciences cognitives auditives à The Neuro, a été l'un des élèves de Milner dans ce centre de recherche. En fait, ils restent en contact.

Brenda était très astucieuse et nous disait toujours : "Quand tu fais passer un test [psychologique] à un patient, fais le calcul et vérifie son score, mais en même temps observe-le, vois ce qu'il fait et devine ce qu'il pense."

Elle essayait de comprendre comment était l'esprit de cet individu.

Et ainsi, il s'est rendu compte que ces patients, bien qu'apparemment incapables de répondre à aucune question parce qu'ils ne se souvenaient de rien, continuaient à réaliser des activités courantes, continuaient à écrire, et cela lui a causé beaucoup de curiosité : "Comment se fait-il que cette personne ne se souvienne pas de ce qu'elle a fait il y a quinze minutes ni si elle a déjeuné, mais se souvienne d'autres choses ?".

Milner a commencé à étudier les fonctions motrices, l'apprentissage d'activités complexes et "avec cela, elle a découvert ce que nous appelons des dissociations, c'est-à-dire qu'un patient peut ne rien se souvenir de ce qu'on lui a dit, mais se souvenir comment exécuter une activité déterminée".

Et cela l'a amenée à ce que l'on appelle les systèmes de mémoire multiples.

Entre souvenirs

Selon Ruiz, l'idée des systèmes de mémoire multiples fait référence au fait qu'il existe différents types de mémoire qui dépendent de structures du cerveau.

Et ils peuvent être étudiés, comme l'a fait Milner, en faisant réaliser à une personne différents types de tâches.

En fait, des expériences comme celle de Henry avec le numéro 584 ont conduit Milner à décrire un type de mémoire, la mémoire de travail.

"C'est la mémoire qui nous permet de maintenir une information pendant quelques secondes. C'est comme un entrepôt temporaire", a expliqué Brenda Milner.

"Si je vous dis une année : '1960' et que je vous demande de me la dire, vous le ferez et serez capable de me la répéter dans les dix secondes. Mais si vous ne travaillez pas à le répéter et à élaborer cette information, elle s'estompera parce que la seule chose dont vous aviez besoin était de répondre à une question."

"Ce système est fondamental pour maintenir la conversation que nous avons, vous me posez des questions, je vous réponds, vous me reposez des questions. Il est régulé par des structures cérébrales différentes de celles de la mémoire autobiographique, celle des souvenirs que nous avons de notre vie."

Celles de la mémoire procédurale, qui nous permet d'apprendre des compétences.

Et c'est précisément l'étude de cette mémoire - la procédurale - chez Henry qui a conduit Milner à l'un des moments les plus transcendants de sa carrière et qui a également fini par être l'un des plus importants de la neuroscience.

"Dans un coup de génie, Brenda a décidé de tester d'autres types de tâches de mémoire avec H. M., et a découvert, à sa grande surprise et avec délice, qu'il était capable d'apprendre certaines tâches spécialisées, comme dessiner en regardant un miroir, bien qu'il n'ait aucun souvenir explicite de les avoir apprises", a écrit Zatorre dans l'article "Brenda Milner and the origins of cognitive neuroscience" ("Brenda Milner et les origines de la neurocience cognitive").

Le test du miroir

Milner raconte que, bien qu'il y ait des choses qu'il avait essayé d'enseigner à Henry et qu'il n'avait pas pu apprendre, il y avait une exception : le test du dessin dans le miroir.

Selon l'Association américaine de psychologie, ce test vise la dextérité motrice "qui mesure la capacité à altérer des schémas appris de coordination œil-main".

Lors de l'épreuve, on a montré à Henry le reflet dans un miroir du dessin d'une étoile à cinq branches avec un double contour.

Henry ne pouvait pas voir directement le papier avec l'étoile dessinée, on l'avait caché intentionnellement, et il ne pouvait voir que son reflet dans le miroir.

On lui a donné un crayon et on lui a demandé de tracer une ligne à l'intérieur de la double marge de l'étoile sur le papier.

"Ce qui rendait cette tâche difficile, expliquait Milner, c'est qu'Henry ne pouvait voir que le miroir qui reflétait ce qu'il faisait avec le crayon sur la feuille."

Et ce qui nous arrive à tous, c'est que nous nous trompons parce que le miroir nous donne des indices trompeurs.

Notre cerveau ne suppose pas qu'il voit l'image inversée et, c'est pourquoi il nous est si difficile de tracer la ligne entre les bords de l'étoile et nous commettons des erreurs.

Mais si vous pratiquez, vous pouvez vous améliorer et apprendre à le faire.

"Après trois jours d'essais et d'erreurs", Milner a vu "une belle courbe d'apprentissage" dans le travail de Henry.

Je me souvenais que le troisième jour, après avoir fait l'un de ces exercices, qui s'est avéré "parfait", cet "homme grand", s'est arrêté et a regardé en bas.

"C'est étrange, au début je pensais que ce serait difficile, mais on dirait que je l'ai très bien fait", a déclaré Henry.

Et c'est qu'il ne se souvenait pas des pratiques, de tous les essais précédents qu'il avait faits de cette activité. Je ne me souvenais pas avoir appris cette compétence.

"Voir que H. M. avait appris la tâche à la perfection, mais sans aucune conscience de l'avoir faite auparavant, était une dissociation incroyable. Si tu veux savoir quel a été un moment excitant de ma vie, c'était celui-là", a raconté Milner dans un article de The Neuro.

C'est ainsi que "le concept de systèmes de mémoire multiples a été innovant à son époque et a stimulé une énorme quantité de recherche internationale".

Comment a-t-il fait ?

Le travail de Milner avec Henry l'a amenée à découvrir quelque chose qui a complètement changé notre idée de la mémoire, dit Ruiz.

"Elle s'approche d'une idée qui rompt avec la vieille conception unitaire du fonctionnement du cerveau, de la mémoire, qui croyait que tout était distribué partout, et commence à pointer vers une idée selon laquelle certaines fonctions sont localisées dans des systèmes déterminés qui, bien qu'ils travaillent de manière coordonnée, sont relativement indépendants."

Avant, on pensait qu'il n'y avait pas de localisation spécifique de la mémoire et que peu importait que nos souvenirs soient des images, des mots ou des apprentissages moteurs.

"Lorsque Milner découvre cette dissociation chez quelqu'un qui ne forme pas de nouveaux souvenirs, mais qui peut apprendre, même s'il ne se souvient pas qu'il est en train d'apprendre, ce qu'elle nous indique, c'est que chacune de ces fonctions est contrôlée par des systèmes différents et, en particulier en ce qui concerne la mémoire, l'idée qu'elle propose est que nous devons la concevoir comme un ensemble de systèmes, non comme quelque chose d'unitaire."

Elle explique que la chirurgie à laquelle Henry a été soumis a endommagé certaines structures du cerveau et, par conséquent, les systèmes de mémoire qui leur sont liés.

"Mais la mémoire procédurale, les structures qui régulent les habitudes et les compétences motrices étaient restées intactes", comme l'a reflété sa performance au test du miroir.

Lumières sur l'hippocampe

Lors de la chirurgie, on a retiré à Henry des parties du système limbique, qui se trouve au centre du cerveau.

"Jusqu'à ce moment-là, les structures de ce système n'avaient pas été concrètement liées aux fonctions cognitives ni à la mémoire, mais s'étaient plutôt associées aux émotions", explique Ruiz.

La découverte de Milner en étudiant H. M. est que H. M. n'est pas capable de former de nouveaux souvenirs et que la structure du système limbique qui était la plus affectée - ce n'était pas la seule, nous savons aujourd'hui qu'il en avait d'autres - était l'hippocampe, qui jusqu'à ce moment-là avait été associé à l'odorat et à des aspects sensoriels.

Avec les travaux de Milner, l'importance de la structure de l'hippocampe pour la mémoire, dans la création et le stockage de nouveaux souvenirs, est devenue claire.

"La mémoire à long terme, les connaissances que nous avons apprises il y a longtemps, est un stockage qui se produit, du point de vue du cerveau, à des endroits différents de l'hippocampe ou des structures limbique."

C'est pourquoi Henry conservait de nombreux souvenirs de son enfance.

"Brenda n'a pas seulement pu documenter l'amnésie profonde dont souffrait H. M., mais grâce à son expérience préalable avec d'autres cas, elle a pu formuler un modèle sur le rôle fonctionnel de l'hippocampe dans la formation de nouveaux souvenirs, information que l'on trouve aujourd'hui dans tous les manuels scolaires", a écrit le neuroscientifique Zatorre.

Les systèmes de mémoire

À travers les avancées de la neuroscience et de la psychologie cognitive, différents systèmes et sous-systèmes de mémoire ont été décrits. Voici quelques types de mémoire :