Fonctionnement de la mémoire humaine pour un TPE
La mémoire est le nom donné à notre capacité d’acquérir, de stocker et de restituer des informations, des connaissances ou encore des expériences vécues. Elle est indispensable pour nous, nous l’utilisons à chaque secondes de notre vie. Siège de nos souvenirs, apprentissages et savoir-faire, la mémoire permet d’interagir avec notre environnement et de nous y adapter, d’apprendre, de guider nos pensées et décisions. Elle nous aide également à vivre le présent et anticiper le futur en fonction de nos expériences passées et à construire notre identité.
Contrairement à l’idée que la mémoire serait un simple coffre où l’on stocke des informations, elle fonctionne comme un réseau dynamique où différents types de mémoires interagissent. En effet, les souvenirs laissent une trace active dans notre cerveau, et sont exposés à un phénomène indissociable de celui de la mémoire : l’oubli. Ce phénomène, que nous redoutons tant, semble incontrôlable et aléatoire. Pour répondre à la question « Comment fonctionne notre mémoire ? » il convient d’abord de décrire ses composantes et les mécanismes neuronaux qui la sous-tendent.
Les types de mémoire et leurs rôles
On distingue habituellement cinq types de mémoire : la mémoire de travail, la mémoire sémantique, la mémoire épisodique, la mémoire procédurale et la mémoire perceptive. Ces différentes formes de mémoire interagissent entre elles et mobilisent des réseaux neuronaux en partie distincts.
La mémoire de travail
La mémoire de travail (ou mémoire à court terme) est la mémoire du présent. Elle permet de maintenir et de manipuler des informations pendant la réalisation d’une tâche ou d’une activité. Elle est sollicitée en permanence : par exemple, c’est elle qui permet de retenir un numéro de téléphone le temps de le noter, ou le début d’une phrase le temps de la terminer. La mémoire de travail s’appuie sur deux systèmes de stockage : la boucle phonologique et le calepin visuospatial. Le premier système est spécialisé dans les informations verbales et prolonge leur conservation grâce à un mécanisme de répétition mentale. Le calepin visuospatial conserve quant à lui les informations visuelles.
La mémoire de travail fonctionne comme une mémoire tampon : les informations qu’elle véhicule peuvent être rapidement effacées, ou finalement stockées de façon pérenne par le biais d’interactions spécifiques entre les systèmes de mémoire à court et à long terme. Elle ne constitue pas un système unitaire mais se compose de différents sous-systèmes. L’administrateur central n’est pas lié à une modalité sensorielle particulière. Il a pour fonction de gérer la répartition des ressources entre les deux autres sous-systèmes.
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La mémoire sémantique
La mémoire sémantique correspond à la mémoire des faits et des connaissances générales. C’est grâce à elle que nous savons que Paris est la capitale de la France, ce qu’est un arbre ou encore comment fonctionnent les règles de grammaire. La mémoire sémantique se construit et se réorganise tout au long de notre vie avec l’apprentissage et la mémorisation de concepts génériques (sens des mots, savoir sur les objets) et de concepts individuels (savoir sur les lieux, les personnes…).
La mémoire épisodique
La mémoire épisodique est celle des moments personnellement vécus (événements autobiographiques), celle qui nous permet de nous situer dans le temps et l’espace et, ainsi, de se projeter dans le futur. Elle est étroitement imbriquée avec la mémoire sémantique : progressivement, les détails précis de ces souvenirs se perdent tandis que les traits communs à différents événements vécus favorisent leur amalgame et deviennent progressivement des connaissances tirées de leur contexte. Ainsi, la plupart des souvenirs épisodiques se transforment en connaissances générales, par un processus de sémantisation.
La mémoire procédurale
La mémoire procédurale est la mémoire des automatismes. Elle permet de conduire, de marcher, de faire du vélo ou jouer de la musique sans avoir à réfléchir et réapprendre à chaque fois. Ces processus sont effectués de façon implicite, c’est-à-dire inconsciente : on ne peut pas vraiment expliquer comment on procède, pourquoi on tient en équilibre sur son vélo et avance sans tomber. Les mouvements se font sans contrôle conscient et les circuits neuronaux impliqués sont automatisés. La mémoire procédurale est particulièrement sollicitée chez les artistes ou les sportifs pour acquérir des procédures parfaites et atteindre l’excellence.
La mémoire perceptive
La mémoire perceptive s’appuie sur nos sens et fonctionne la plupart du temps à notre insu. Elle permet de retenir des images (visages, lieux…) ou encore des bruits (voix, sons d’ambiance…) sans s’en rendre compte. Avec la mémoire procédurale, la mémoire perceptive offre à l’humain une capacité d’économie cognitive, qui lui permet de se livrer à des pensées ou des activités spécifiques tout en réalisant des activités devenues routinières. C’est elle qui nous permet par exemple de rentrer chez nous par habitude, grâce à des repères visuels.
Bases neuronales : neurones, synapses et plasticité
Le cerveau humain est constitué d’environ 100 milliards de neurones capables d’établir chacun jusqu’à 10.000 connexions avec leurs voisins. Le cerveau compte également des cellules gliales, en nombre au moins aussi important que les neurones. Leur rôle précis est encore mal connu mais on a découvert récemment que ces cellules établissent elles aussi des connexions, à la fois entre elles et avec les neurones.
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La mémorisation résulte de la modification des connexions entre les neurones d’un système de mémoire : on parle de « plasticité synaptique », les synapses étant les points de contacts entre les neurones. Lorsqu’une information parvient à un neurone, des protéines sont produites et acheminées vers les synapses afin de les renforcer ou d’en créer de nouvelles. Cela produit un réseau spécifique de neurones associé au souvenir qui se grave dans le cortex. Chaque souvenir correspond donc à une configuration unique d’activité spatio-temporelle de neurones interconnectés. Les représentations finissent par être réparties au sein de vastes réseaux de neurones d’une extrême complexité.
Pris isolément, un souvenir correspond à une variation de l’activité électrique au niveau d’un circuit spécifique formé de plusieurs neurones. Sa formation repose sur le renforcement ou la création d’une connexion synaptique temporaire, stimulée par le biais de protéines produites et transportées au sein des neurones : le glutamate, le récepteur NMDA ou encore la syntaxine qui va elle-même moduler la libération du glutamate. Le souvenir est ensuite consolidé ou non en fonction de la présence dans les heures suivantes de médiateurs cellulaires au niveau du réseau neuronal impliqué.
Sur le plan morphologique, cette plasticité est associée à des changements de forme et de taille des synapses, des transformations de synapses silencieuses en synapses actives, à la croissance de nouvelles synapses. Le maintien à long terme d’un souvenir repose sur la modification de la cinétique d’élimination ou de renouvellement de certains médiateurs. La phosphokinase zêta (PKM zêta) joue un rôle prépondérant dans ce mécanisme en favorisant la persistance des mécanismes impliqués dans la stabilisation et la consolidation des souvenirs. Elle possède pour cela deux propriétés spécifiques : elle n’est soumise à aucun mécanisme d’inhibition et elle s’autoréplique.
Rôles de l’hippocampe, du cortex et autres structures
Il n’existe pas dans notre cerveau un centre unique de la mémoire : les différents systèmes de mémoire mettent en jeu des réseaux neuronaux distincts, répartis dans différentes zones du cerveau. L’imagerie fonctionnelle a permis de montrer que la mémoire sensorielle repose sur les aires sensorielles; la mémoire de travail met en jeu principalement le cortex préfrontal; la mémoire sémantique mobilise les lobes pariétaux et temporaux; la mémoire épisodique dépend d’un réseau impliquant le cortex préfrontal et l’hippocampe; et les mémoires implicites impliquent des structures nichées au cœur du cerveau.
L’hippocampe constitue un élément important dans le processus de stockage de l’information, mais il joue aussi un rôle dans celui de restitution d’un souvenir, quelle que soit son ancienneté. Pour autant, il serait moins sollicité lorsque la réminiscence provient de la mémoire sémantique plutôt que de la mémoire épisodique. La restitution d’un souvenir implique un réseau qui relie les différentes régions impliquées - hippocampe, amygdale, lobe frontal… - et permet de récupérer ce souvenir dans sa plénitude, que ce soit sur le plan sensoriel, autobiographique ou sémantique.
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La mémoire spatiale demeure, elle, confinée dans l’hippocampe. Des cellules spécialisées présentes uniquement dans cet organe sont seules susceptibles de recréer une sorte de « carte mentale » de l’espace. Section transversale d’hippocampe, région cérébrale du système nerveux central impliquée dans la mémoire. Des neurones sont créés continuellement dans le gyrus denté, participant ainsi à la plasticité cérébrale.
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Encodage, consolidation, rappel et oubli
L’apprentissage est un processus continu, il est le produit de l’expérience. Il consiste en l’activation simultanée de plusieurs neurones impliqués dans telle ou telle expérience. Ces neurones ainsi modifiés ont tendance à être réactivés ensemble. Se souvenir est un plus car cela améliore une activation ultérieure de ces neurones et renforce leurs connexions. Plus nous créons de connexions, mieux nous utilisons ce que nous avons appris, moins nous courons le risque d’oublier.
L’activation régulière et répétée de ces réseaux permettrait de renforcer ou de réduire ces connexions et, par conséquent, de consolider ou d’oublier ce souvenir. Les différentes formes de mémoire fonctionnant en interaction, un souvenir se traduit par l’intervention de neurones issus de différentes zones cérébrales et assemblés en réseaux. Ces connexions interneuronales évoluent constamment au gré des expériences. Elles sont responsables de la persistance à long terme d’un souvenir, ou selon les cas de sa non-persistance (importance de l’évènement, contexte émotionnel, environnemental et social…).
Des observations multiples montrent que la mémorisation serait meilleure pour les faits associés à des émotions fortes ou à des perceptions sensorielles particulières. L’émotion facilite l’encodage mais un trop grand stress est perturbateur. L’activation régulière et répétée de ces réseaux permettrait dans un second temps de renforcer ou de réduire ces connexions, avec pour conséquence de consolider les souvenir ou au contraire de l’oublier.
Des expériences de rappel d’informations montrent que le fait de dormir améliore la mémorisation, et ce d’autant plus que la durée du sommeil est longue (plus de 6h). Plusieurs hypothèses pourraient expliquer ce phénomène. Pendant le sommeil, l’hippocampe est au repos ce qui éviterait des interférences avec d’autres informations au moment de l’encodage du souvenir.
Mémoire sensorielle et mémoire échoïque
La mémoire sensorielle enregistre, de façon automatique, très brève et inconsciente, les informations provenant de nos sens (ouïe, odorat, vision…). Cette mémoire est également appelée mémoire échoïque pour l’auditif et mémoire iconique pour le visuel. La mémoire échoïque paraît avoir une durée beaucoup plus longue que la mémoire iconique qui, elle, varie de 250 à 300 ms. La durée de la mémoire échoïque est estimée à 2 secondes.
La plus grande partie des informations présentes en mémoire sensorielle est perdue avant d’arriver à la mémoire à court terme: les filtres attentionnels ne l’identifient pas, l’évacuent ou s’en débarrassent. La mémoire à court terme est l’ensemble des processus permettant de maintenir active l’information nécessaire à l’exécution des activités cognitives courantes.
Capacité et limites : saturation, âge et réserve
La capacité de la mémoire à court terme (MCT) dépend de l’empan mnésique. Il est déterminé par le nombre d’items contenus dans la série la plus longue que le sujet peut réciter correctement dans une tâche de rappel immédiat. Il est variable selon les sujets. L’ampleur des variations se situe entre 5 et 7 unités mnésiques selon Miller (1956). Celui-ci a démontré que la capacité de la mémoire à court terme se définit non en fonction d’unités élémentaires, comme des lettres, des chiffres ou des phonèmes, mais en fonction de groupes d’éléments ou « chunks ».
Seule la capacité de la mémoire à court terme est restreinte. En revanche, les stocks de la mémoire à long terme ne peuvent jamais être saturés. Notre cerveau peut créer en permanence de nouvelles connexions - c'est ce que les scientifiques appellent la « plasticité cérébrale ». Sauf en cas de maladie, un octogénaire peut encore engranger des connaissances. Il n'y a certes pas de saturation à l'échelle d'une vie.
Avec l’âge, le cerveau subit des changements qui modifient le fonctionnement de la mémoire. Les neurones deviennent plus petits, leur communication ralentit, et certaines connexions synaptiques s’affaiblissent. En conséquence, apprendre à utiliser un nouvel appareil ou retrouver le prénom d’une personne peut prendre plus de temps. Toutefois, dans le vieillissement normal, créer de nouveaux souvenirs ou se rappeler du passé reste tout à fait possible. Les connaissances bien ancrées (mémoire sémantique), les compétences acquises (mémoire procédurale) et les souvenirs anciens (mémoire autobiographique) ne sont pas affectés.
La réserve cérébrale correspond au volume, au nombre de neurones et à celui de synapses qui caractérisent le tissu cérébral d’une personne. Elle serait sous l’influence de paramètres non seulement génétiques mais aussi environnementaux. La réserve cognitive correspond quant à elle à l’efficacité du cerveau et des réseaux neuronaux impliqués dans la réalisation d’une tâche à mobiliser ou mettre en place des réseaux compensatoires en cas de lésions pathologiques ou de perturbations physiologiques liées à l’âge.
Pathologies de la mémoire
Lorsqu’une pathologie affecte le cerveau, les troubles de la mémoire sont bien plus marqués et ciblent des compétences précises. La maladie d’Alzheimer, par exemple, est caractérisée par l’accumulation anormale de protéines toxiques, ce qui entraîne une perte neuronale progressive. L’hippocampe étant particulièrement affecté, les premiers symptômes incluent des troubles de la mémoire épisodique : au début la personne a des difficultés à stocker de nouvelles informations, même après plusieurs répétitions, et à créer de nouveau souvenir. Plus tard, elle commencera a perdre également les souvenirs plus anciens.
D’autres pathologies peuvent toucher différemment la mémoire. Une des causes classiques d’amnésie est une carence en vitamine B1, comme on peut le voir dans l’alcoolisme chronique (syndrome dit « de Korsakoff »). Les amnésies passagères, non liées à une lésion, seraient dues à une insuffisance temporaire de la circulation sanguine dans le tissu cérébral.
Applications pratiques et conseils pour mieux mémoriser
Pour bien mémoriser, il faut une bonne perception, de l’attention et de la motivation. Une information mal saisie risque d'être imparfaite, ce qui mettra en péril sa sauvegarde dans la mémoire à long terme. La mémoire de travail est particulièrement sensible au manque d'attention. La motivation, troisième condition d'une bonne mémorisation, peut être spontanée ou mobilisée pour atteindre un objectif qui nous intéresse peu.
Les émotions perturbent-elles le processus? L’émotion facilite l’encodage mais un trop grand stress est perturbateur. Une légère angoisse facilite la mémorisation car elle maintient l'esprit en éveil. La capacité maximale de mémorisation se situe jusqu'à environ 30 ans, mais avec l'âge rien n'est insurmontable : il faut simplement un peu plus de temps pour parvenir à un résultat comparable.
| Type de mémoire | Fonction principale | Régions impliquées |
|---|---|---|
| Mémoire de travail | Maintenir et manipuler l'information | Cortex préfrontal, boucle phonologique, calepin visuospatial |
| Mémoire sémantique | Savoirs et connaissances générales | Lobes temporaux et pariétaux |
| Mémoire épisodique | Souvenirs autobiographiques | Hippocampe, cortex préfrontal, amygdale |
| Mémoire procédurale | Automatismes et savoir-faire | Cervelet, cortex moteur, ganglions de la base |
| Mémoire perceptive | Empreintes sensorielles inconscientes | Aires sensorielles spécifiques |
En pratique, il est utile d'alterner les sujets d'étude pour prolonger la durée de travail efficace, de dormir suffisamment pour consolider la mémoire, et d'entretenir ses réseaux neuronaux par l'apprentissage et l'entraînement. L'exercice d'un métier ou d'une activité spécifique peut développer des facultés particulières; par exemple, les chauffeurs de taxi londoniens présentent un hippocampe droit plus volumineux, lié à l'apprentissage des itinéraires.
Cet article donne un aperçu de quelques aspects de la mémoire. Il est volontairement généraliste. Il ne se réclame pas d’une théorie ou d’un courant quelconques. Étudier la mémoire, c’est aborder une masse de travaux réalisés en laboratoire par des chercheurs de plusieurs disciplines, ayant des intérêts variés, et se référant à plusieurs modèles théoriques.
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