Une nouvelle étude réalisée par Carnegie Mellon University publiée dans Brain Structure and Function utilisant plusieurs modalités d’imagerie révèle que l’apprentissage d’informations scientifiques entraîne des modifications de la structure réelle des zones du cerveau liées à la mémoire, modifications dues au codage des nouvelles informations dans ces zones du cerveau associées à la mémoire, et des changements dans la coordination entre les nœuds de réseau qui contiennent conjointement les nouvelles informations.
Pour l’étude, les chercheurs ont enseigné aux étudiants non inscrits en chimie les noms et la structure moléculaire de neuf composés organiques, y compris l’éthanol, alors que les étudiants suivaient un scanner IRM.
En utilisant trois types différents d’imagerie cérébrale, les chercheurs ont mis en évidence trois types de modifications du cerveau, qui se produisaient toutes exactement au même endroit. L'une des méthodes a mesuré le mouvement des molécules d'eau dans le cerveau. Les chercheurs mentionnent que des études histologiques antérieures sur le cerveau de rongeurs ont utilisé cette méthode d’imagerie par diffusion. Alors que les rats apprenaient la structure d'un labyrinthe, les chercheurs ont détecté une diminution du mouvement des molécules d'eau dans l'hippocampe gauche.
Lorsque cette méthode a été appliquée à des participants humains apprenant les noms et les structures de composés organiques, elle a révélé une diminution de la diffusivité de l’eau principalement dans la partie CA (Cornu Ammonis) de l’hippocampe de l’hémisphère gauche. Comme le rapportent les chercheurs, l'hippocampe est une structure cérébrale essentielle à l'acquisition de nouvelles connaissances. C'est précisément à cet endroit que les molécules d'eau ont ralenti, indiquant que les tissus du cerveau de ces étudiants étaient en train de changer, probablement à cause de changements synaptiques.
La deuxième méthode utilisait le fait que des concepts individuels ont des représentations uniques ou des signatures neuronales dans le cerveau qui peuvent être identifiées à l'aide d'une IRM fonctionnelle (IRMf). Cette approche utilise l'apprentissage automatique pour détecter ces représentations en fonction du modèle d'activation du cerveau de la personne. Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient identifier les signatures neuronales en regardant précisément la partie de l'hippocampe où le mouvement de la molécule d'eau indiquait des modifications tissulaires.
Un troisième type de changement reflétait le développement d'un réseau cérébral contenant la signature cérébrale complète des composés organiques. Non seulement l'hippocampe était impliqué dans ces représentations, mais également d'autres régions du cerveau, plus particulièrement une région connue pour permettre la visualisation de structures tridimensionnelles, le sulcus intrapariétal (, intraparietal sulcusIPS). Le troisième changement de cerveau était une augmentation de la synchronisation de l'activité dans cette même région de l'hippocampe et de l'IPS, indiquant qu'un réseau de zones du cerveau montrait une coordination accrue pour représenter collectivement les multiples facettes des concepts.
Ces trois types de mesures, (résonance magnétique (MR), les mesures de diffusion du changement de diffusivité, mesures IRMf de la localisation des concepts nouvellement acquis et mesures de synchronisation basées sur l'IRMf) ont mis en évidence des modifications de la microstructure, de l'information et du réseau dans l'hippocampe gauche. lors de l'apprentissage des composés organiques.
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