Qu'est-ce qui détermine l'empan de mémoire à court terme?



La mémoire à court terme (MCT) joue un rôle crucial dans la façon dont notre conscience opère. Il y'a déjà plusieurs années, une hypothèse fut formulée, hypothèse selon laquelle la capacité de notre MCT dépendait de 2 cycles de l'activité électrique de notre cerveau. Des scientifiques de l'Institut Nencki de biologie expérimentale, de l'Académie Polonaise des Sciences de Warsaw, l'ont désormais démontré expérimentalement.

Mémoire à court terme et éléctro-encéphalographie (EEG)

L'individu moyen est capable de retenir consciemment, de 5 à 9 éléments, nommés Chunks (voir : Mémoire à court terme, mise en évidence), le chiffre magique introduit par Miller en 1956 : 7 +/- 2. En 1995, des chercheurs de l'université Brandeis de Waltham, suggéraient que cette capacité de rétention pourrait dépendre de l'activité électrique du cerveau (les rythmes cérébraux), et plus précisément, des activités gamma et thêta (Lisman et Idiart, 1995). Ce n'est que maintenant qu'une preuve expérimentale d'un lien entre les rythmes thêta et gamma, et l'empan de mémoire à court terme, confirme cette hypothèse.

Lors d'un examen électro-encéphalo-graphique, de nombreuses électrodes sont placées sur la tête du patient. L'activité électrique enregistrée contient plusieurs types de fréquence, et notamment les ondes thêta, de 4 à 7 hertz (faible fréquence), ainsi que les ondes gamma (25 à 50 hertz). Ces ondes sont soupçonnées depuis longtemps, d'avoir un lien avec la rétention d'information : il a par exemple été démontré que l'activité de ces deux rythmes s'amplifie si l'on encourage une personne à retenir pendant un court laps de temps une séquence d'informations nouvelles (par exemple, un numéro de téléphone).

L'hypothèse de Lisman et Idiart avançait que l'on est capable de retenir autant de chunks, qu'il y'a d'ondes gamma pour une onde thêta.

Les chunks correspondent à des unités d'information. Par exemple, la séquence 2, 0, 1, 2 contient 4 informations (4 chunks). Mais il est aisé de les regrouper en une seule information, par exemple, le numéro de l'année en cours : 2012. De la même façon, nous avons pour habitude de retenir les numéros de téléphone en mémoire à court terme, en regroupant des numéros ensemble : 89.43.28.45.33 est plus facile à retenir que la séquence 8.9.4.3.2.8.4.5.3.3. Les chunks peuvent correspondre à des numéros, mais aussi à des dates, des idées, des mots, des lettres... bref, tout type d'information que l'on peut traiter consciemment.

Détecter la longueur des ondes thêta et gamma sur un électroencéphalographe, n'est cependant pas une chose aisée, car ces ondes se chevauchent, s'ajoutent ou se retranchent dans le siganl émis. Les ondes particulières ne sont pas toujours directement visibles, et encore moins quantifiables. Kamin'ski a donc proposé une nouvelle méthode permettant de déterminer leur longueur. 

Les chercheurs ont commencé par enregistrer l'activité électrique de 17 volontaires au repos, yeux fermés, pendant 5 minutes. Après avoir filtré le signal, ils ont analysé, non les rythmes eux-même, mais leurs corrélations. Une mesure classique de mémoire permit de déterminer la capacité de chaque participant, en terme d'empan de mémoire à court terme (pour de l'information verbale). Il s'agissait de répéter des séquences de nombre oralement, séquences de plus en plus longues (afin de déterminer la limite d'informations pouvant être retenues). Chaque nombre était présenté pendant une seconde.

Les chercheurs ont ainsi observé que plus le rythme théta était étiré (fréquence plus proche de 4 hertz que de 7), plus les personnes étaient à même de retenir de l'information (plus la capacité de rétention, donc le nombre de chunks, en mémoire). A l'inverse, plus la fréquence du ryhme gamma était faible (plus proche de 25 hertz que de 50), moins le nombre d'informations que les personnes étaient capables de retenir était élevé.

La corrélation entre le rapport longueur onde gamma/ longueur onde thêta et le nombre de chunks pouvant être retenus s'avère donc forte dans cette expérimentation, comme le laissait suggérer l'hypothèse de Lisman et Idiart. Un rythme théta lent et où un rythme gamma élevé indiquent donc généralement un empan de mémoire à court terme élevé.

La capacité de mémoire à court terme est également corrélée avec la fonction cognitive qu'est le raisonnement. Plus la capacité de la MCT est élevée, meilleur est le raisonnement (plus rapide, plus facile, plus juste). Il y a donc tout intérêt à déterminer sur quelques substrats physiques de la mémoire à court terme on pourrait travailler pour augmenter la capacité de celle-ci. Or les rythmes cérébraux peuvent être l'objet d'auto-apprentissage : lorsque l'on présente en temps réel l'activité électrique d'un sujet en lui demandant de se concentrer pour faire apparaitre tel ou tel rythme, il est capable "d'apprendre" à être dans l'état mental qui favorise l'apparition du rythme concerné.

Source : Kamin'ski, J., Brzezicka, A., Wróbel, A. Short term memory capacity (7 /-2) predicted by theta to gamma cycle length ratio. Neurobiology of Learning and Memory, 95, 19-23 via Science Daily