Où suis-je ?

Déménager dans un nouvel endroit peut être difficile pour plusieurs raisons. L'une de ces raisons est que nous ne savons généralement pas comment nous déplacer dans notre nouvel environnement. Au début, l'environnement n'est pas familier, mais nous apprenons peu à peu quelques repères dans notre nouveau quartier, comme le chemin vers l’école ou la maison d'un ami.

Une carte de Montréal. Pouvez-vous imaginer à quel point il pourrait être difficile pour quelqu'un de se déplacer dans la ville s'il venait tout juste d'emménager ici ?

Alors, comment notre cerveau parvient-il à créer des cartes de nos environnements ?
 
C'est le Dr John O'Keefe, de l'University College London, qui a découvert pour la première fois comment le cerveau nous aide à nous orienter dans un environnement. Le Dr O'Keefe étudiait les neurones de l'hippocampe, une région impliquée dans la mémoire et la navigation spatiale. Le Dr O'Keefe et ses collègues ont inséré des électrodes dans la région hippocampique de rats et ont enregistré leur activité cérébrale pendant qu'ils exploraient un nouvel environnement. Les chercheurs ont découvert des neurones qui ne s’activaient que lorsque le rat se trouvait dans une partie particulière de l'environnement (p. ex. si le rat était au centre de la plateforme).

L'hippocampe dans le cerveau humain

Il y avait plusieurs hypothèses pour expliquer pourquoi ces neurones ne déchargeaient que lorsque le rat se trouvait à un certain endroit. La première hypothèse était que les neurones réagissaient aux sons ou à la lumière provenant d'une direction particulière. Cette hypothèse a été réfutée, car si tel était le cas, ces neurones ne déchargeraient que lorsque le rat faisait face à une certaine direction (considérant que les signaux sensoriels peuvent être différents lorsque le rat fait face à différentes directions). D'autres expériences ont également exclu la possibilité que certaines odeurs soient à l’origine de l’activité de ces neurones.

Une image d'un rat avec une électrode insérée dans son cerveau. Les lignes grises représentent la trajectoire du rat dans son environnement. Les cercles rouges indiquent l'endroit où déchargeaient les neurones.

Une autre hypothèse émise a été que les neurones répondaient favorablement à la combinaison d'un stimulus et d'un comportement (comme la course, le toilettage, le reniflement). Cependant, cette hypothèse a également été réfutée, car les neurones ne s’activeraient pas si l'animal avait le même comportement à des endroits différents, même si les stimuli sensoriels étaient les mêmes.
 
Enfin, la dernière hypothèse que les chercheurs ont testée était que ces classes de neurones formaient une carte de l'environnement, chaque neurone représentant une petite partie de cette carte. Cette hypothèse a été supportée par des études qui ont montré que les animaux présentant des dommages à l'hippocampe avaient des difficultés de navigation spatiale. Cette hypothèse est devenue connue sous le nom de la théorie de la carte cognitive. Les neurones identifiés comme étant constituants de cette carte ont été nommés « cellules de lieu » (place cells).
Cette étude aura marqué l’émergence de l’apport des neurosciences à la compréhension des mécanismes qui sous-tendent la navigation spatiale. La découverte du Dr O'Keefe demeure une contribution importante à notre compréhension du cerveau. Sa découverte des « cellules de lieu » lui a valu le prix Nobel de physiologie ou de médecine en 2014. Fait amusant : Le Dr O'Keefe a fait ses études supérieures à McGill !
 
Ainsi, la prochaine fois que vous vous perdrez, rappelez-vous que les « cellules de lieu » s'efforcent de construire une carte cognitive de la région pour vous aider à trouver votre chemin !

Écrit par Dhruv Mehrotra
Édité par Stephanie
Traduit par Véronique
Edité (français) par Michèle