Dans cette conférence expérimentale organisée à l’ESPCI Paris lors de la semaine du cerveau, Alice Pavlovski, enseignante-chercheuse, nous dévoile les mécanismes énergétiques complexes qui sous-tendent la formation de la mémoire.

En utilisant la drosophile, une petite mouche de 3 millimètres, comme modèle biologique, elle démontre que le cerveau n’est pas uniquement dépendant du sucre, contrairement à ce que les scientifiques ont longtemps pensé.

Ce qu’il faut retenir

  • Le cerveau possède une flexibilité métabolique inattendue : alors que le dogme scientifique affirmait que les neurones n’utilisaient que des dérivés du sucre, les recherches montrent qu’ils peuvent aussi consommer des acides gras pour produire de l’énergie.

  • Le type de « carburant » utilisé détermine le type de mémoire formé : le sucre (pyruvate) est essentiel à la mémoire à long terme issue d’un apprentissage espacé, tandis que les acides gras sont cruciaux pour la mémoire issue d’un apprentissage intensif ou « bâchotage ».

  • La drosophile est un modèle génétique puissant pour l’étude du cerveau humain : elle partage la majorité de ses gènes avec les mammifères, ce qui permet de manipuler précisément des circuits neuronaux pour comprendre les maladies neurodégénératives et le vieillissement.

Introduction à la drosophile et au métabolisme cérébral

Le cerveau humain est un organe extrêmement gourmand. Bien qu’il ne représente que 2 % de notre poids total, il consomme environ 20 % de l’énergie de l’organisme.

Cette demande énergétique augmente encore lors de tâches cognitives complexes, comme l’apprentissage. Les mitochondries, véritables usines énergétiques situées au cœur des cellules, transforment les nutriments en ATP, la monnaie énergétique du vivant.

Traditionnellement, on pensait que les neurones étaient des spécialistes exclusifs du sucre. Alice Pavlovski remet en question cette idée en présentant des travaux qui prouvent que les neurones peuvent utiliser des acides gras dans des contextes spécifiques de mémorisation.

La drosophile est le modèle idéal pour tester ces hypothèses. Malgré sa petite taille, son cerveau de 0,5 mm possède des structures spécialisées dans la mémoire olfactive, appelées corps pédonculés.

Grâce à des outils génétiques développés depuis plus d’un siècle, les chercheurs peuvent activer ou inhiber certains gènes dans des neurones précis et observer instantanément l’impact sur le comportement de la mouche.

Expérimentation : Manipuler le comportement par la température

Une démonstration frappante est réalisée en direct : l’utilisation de gènes thermosensibles. Alice Pavlovski présente des mouches possédant une mutation spécifique qui bloque la communication neuronale au-delà de 33°C.

À température ambiante ou à 4°C, toutes les mouches se comportent de la même manière (elles s’endorment dans le froid et se réveillent à 25°C). Cependant, lorsqu’elles sont placées dans une étuve à 33°C, seules les mouches génétiquement modifiées cessent de bouger et tombent au fond du tube.

Cette expérience montre la précision avec laquelle la science peut aujourd’hui « éteindre » ou « allumer » des fonctions cérébrales. Au laboratoire, cette technique permet de disséquer l’implication de chaque neurone dans un comportement donné, sans affecter le reste de l’organisme.

En complément de ces manipulations comportementales, l’imagerie in vivo permet de « voir » l’activité cérébrale. En insérant des protéines fluorescentes sensibles au calcium ou à l’ATP, les chercheurs observent en temps réel la consommation d’énergie des neurones pendant que la mouche est exposée à des stimuli.

Les différents types de mémoire et leurs besoins énergétiques

Le cœur de la conférence porte sur la distinction entre deux types d’apprentissage. Le premier est l’apprentissage espacé, celui que l’on recommande aux étudiants : réviser régulièrement avec des pauses.

Le second est l’apprentissage massé, souvent appelé « bâchotage », où l’on accumule les informations en un temps record juste avant une échéance. Chez la drosophile, ces deux protocoles créent des souvenirs de durées différentes.

La mémoire issue de l’apprentissage espacé est très robuste et dure plusieurs jours, tandis que celle du bâchotage s’efface plus rapidement. L’équipe d’Alice Pavlovski a découvert que ces deux mémoires ne reposent pas sur le même carburant métabolique.

En bloquant l’entrée du pyruvate (issu du sucre) dans les mitochondries, les chercheurs ont constaté que les mouches ne pouvaient plus former de mémoire à long terme (apprentissage espacé).

En revanche, leur capacité de « bâchotage » restait intacte. À l’inverse, en bloquant l’importation des acides gras, c’est la mémoire massée qui disparaît, tandis que la mémoire à long terme reste fonctionnelle.

C’est une preuve directe que le cerveau sélectionne sa source d’énergie en fonction de la stratégie de mémorisation employée.

Vers une nouvelle compréhension du vieillissement et des pathologies

Ces découvertes chez la mouche trouvent des échos récents dans la recherche sur les mammifères. Des études sur des souris montrent que certains neurones, notamment ceux qui résistent mieux à des maladies comme la sclérose en plaques, préfèrent utiliser les acides gras.

Cela ouvre des perspectives fascinantes pour la médecine. On sait que lors du vieillissement, la capacité du cerveau à utiliser le glucose diminue.

Si certains circuits neuronaux dépendent exclusivement du sucre, ils seront les premiers à décliner, entraînant la perte des fonctions cognitives associées. Comprendre la flexibilité métabolique pourrait permettre de développer des régimes ou des traitements capables de « nourrir » différemment les neurones en souffrance.

En conclusion, la mouche drosophile, loin d’être un simple nuisible, est un outil de précision qui révèle les secrets de notre propre cerveau. La mémoire n’est pas seulement une affaire de connexions électriques, c’est aussi une gestion rigoureuse de ressources énergétiques variées.