L'hippocampe

Chez l'être humain adulte, chaque hippocampe mesure environ 3 à 4 centimètres de long et forme un renflement allongé sur le plancher de la corne temporale du ventricule latéral.  Sur le plan anatomique, l'hippocampe fait partie d'un ensemble plus vaste appelé la formation hippocampique, qui comprend le gyrus denté, le cornu ammonis (CA), le subiculum et le cortex entorhinal. Le cornu ammonis est lui-même subdivisé en quatre sous-champs (CA1, CA2, CA3 et CA4) qui se distinguent par la densité, la morphologie et la connectivité de leurs neurones pyramidaux. Cette organisation laminaire très précise, avec ses couches de cellules bien définies, en fait l'une des régions corticales les plus étudiées en neurosciences.

La connectivité de l'hippocampe est remarquablement organisée. Le principal flux d'information entrant emprunte la voie perforante, qui relie le cortex entorhinal au gyrus denté, puis à CA3 via les fibres moussues, et enfin à CA1 via les collatérales de Schaffer. CA1 projette ensuite vers le subiculum, qui constitue la principale sortie de la formation hippocampique vers le cortex entorhinal et d'autres structures sous-corticales. Cette boucle trisynaptique est au coeur de la physiologie hippocampique. L'hippocampe communique également avec le septum, l'hypothalamus et l'amygdale via le fornix, un faisceau de fibres arqué qui représente sa principale voie de sortie vers les structures diencéphaliques.

La fonction pour laquelle l'hippocampe est le plus notable est son rôle fondamental dans la mémoire déclarative, c'est-à-dire la mémoire des faits (mémoire sémantique) et des événements vécus (mémoire épisodique). Cette découverte a été dramatiquement illustrée par le cas du patient H.M. (Henry Molaison), à qui l'on avait retiré chirurgicalement les deux hippocampes en 1953 pour traiter une épilepsie sévère. Il en résulta une amnésie antérograde profonde : H.M. était incapable de former de nouveaux souvenirs explicites, tout en conservant intacte sa mémoire à long terme antérieure à l'opération et ses capacités d'apprentissage procédural. Ce cas emblématique a établi que l'hippocampe est indispensable à la consolidation des souvenirs, c'est-à-dire au transfert des informations de la mémoire à court terme vers une représentation stable à long terme, distribuée dans le néocortex.

Au niveau cellulaire, l'hippocampe est le siège d'un phénomène crucial : la potentialisation à long terme (LTP, long-term potentiation), découverte par Timothy Bliss et Terje Lømo dans les années 1970. La LTP est un renforcement durable de la transmission synaptique consécutif à une stimulation répétée à haute fréquence, et elle constitue l'un des mécanismes moléculaires les plus plausibles pour expliquer l'apprentissage et la mémorisation. Les récepteurs NMDA au glutamate, particulièrement abondants dans les synapses hippocampiques, jouent un rôle central dans l'induction de ce phénomène en agissant comme de véritables "détecteurs de coïncidence".

L'hippocampe joue également un rôle essentiel dans la navigation spatiale et la représentation de l'espace. En 1971, John O'Keefe découvrit dans l'hippocampe du rat des neurones qui s'activent sélectivement lorsque l'animal se trouve dans un endroit précis de son environnement : il les nomma cellules de lieu (place cells). Ces neurones construisent une véritable carte cognitive de l'environnement. Cette découverte, complétée plus tard par celle des cellules de grille (grid cells) dans le cortex entorhinal par Edvard et May-Britt Moser, valut à O'Keefe et aux Moser le prix Nobel de physiologie ou médecine en 2014. L'hippocampe humain participe de manière analogue à l'orientation spatiale, comme en témoigne la célèbre étude montrant que les chauffeurs de taxi londoniens, dont le métier exige une mémorisation intensive de la carte de la ville, présentent un volume hippocampique postérieur significativement plus important que la moyenne.

L'hippocampe est également l'une des rares régions du cerveau adulte où se produit la neurogenèse (la formation de nouveaux neurones) dans la zone sous-granulaire du gyrus denté. Ce processus, bien documenté chez les rongeurs et probable chez l'humain, est modulé par l'exercice physique, le stress, les antidépresseurs et l'enrichissement de l'environnement. Son rôle fonctionnel exact fait encore l'objet de recherches actives, mais il semble impliqué dans la discrimination de souvenirs similaires et dans la régulation de l'humeur.

Du point de vue clinique, l'hippocampe est d'une vulnérabilité particulière. Il est l'une des premières structures atteintes dans la maladie d'Alzheimer, où les dépôts de protéine tau et les plaques amyloïdes s'y accumulent précocement, expliquant que les troubles de la mémoire épisodique récente soient le symptôme inaugural caractéristique de cette maladie. L'hippocampe est aussi très sensible au stress chronique et aux glucocorticoïdes : une exposition prolongée au cortisol entraîne une atrophie dendritique et une réduction du volume hippocampique, observée notamment dans les états dépressifs sévères et le syndrome de stress post-traumatique. Par ailleurs, l'hippocampe est la zone d'origine la plus fréquente des crises d'épilepsie du lobe temporal, et sa sclérose (cicatrice gliale consécutive à des épisodes d'hypoxie ou de crises prolongées) est la lésion épileptogène la plus courante chez l'adulte.