Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont révélé des informations sur la façon dont le cerveau humain navigue dans l'espace, en s'appuyant sur des neurones spécialisés appelés 'cellules de lieu' dans l'hippocampe. Leurs résultats, publiés dans Cell Reports, proviennent d'expériences menées sur des souris.
Selon Yi Gu, professeur au Département des sciences cérébrales et cognitives du MIT, lorsqu'un individu visite un nouvel endroit, le cerveau a d'abord du mal à le reconnaître. 'Le premier jour, le cerveau n'a pas une forte idée du nouvel environnement car les neurones ne se souviennent que de lieux spécifiques. Cependant, au cinquième jour, ils sont prêts à former une carte cognitive', a-t-il expliqué. 'Pour que la cartographie se produise, ces neurones doivent travailler ensemble de manière coordonnée.'
Les chercheurs ont placé des souris dans des labyrinthes sans les inciter avec des récompenses, surveillant l'activité des neurones dans la région CA1 de l'hippocampe grâce à des éclairs d'ions calcium. Ces éclairs ont été enregistrés pendant l'exploration et pendant le sommeil lorsque les souris ont réactivé leurs expériences.
Ils ont observé une augmentation immédiate et soutenue de l'activité neuronale au cours des jours suivants. Cependant, cette activité seule ne clarifie pas les processus complexes impliqués dans la cartographie.
À l'aide d'algorithmes de dimensionnalité des données, les scientifiques ont examiné les interactions entre des neurones individuels, identifiant des cellules 'faiblement couplées au lieu' dont l'activité n'était pas liée à des souvenirs spécifiques mais à des modèles d'activité au sein du réseau.
Gu a noté, 'Dans les premiers jours suivant la visite d'un nouvel endroit, une carte cognitive se forme dans l'hippocampe, qui est une carte conceptuelle plutôt qu'un schéma.' Matthew Wilson, le directeur de laboratoire qui a mené les expériences, a ajouté, 'Cette carte est enrichie de souvenirs associés à l'emplacement. Ces caractéristiques distinctives pourraient servir de repères, bien qu'il reste incertain quelles informations restent précisément sur la carte mentale puisque les souris ont exploré des labyrinthes sans caractéristiques.'
Cette étude a confirmé que la cartographie cognitive nécessite le sommeil. Pour approfondir l'investigation sur la façon dont le cerveau construit des cartes spatiales pendant le sommeil, les chercheurs ont découvert que les souris 's'entraînaient' à leurs récentes explorations dans leurs rêves, améliorant leurs souvenirs de ces expériences.
Dans des expériences ultérieures, les chercheurs ont légèrement modifié les conditions. Les souris ont exploré un nouveau labyrinthe deux fois par jour avec un repos de trois heures entre les essais. Certaines ont été autorisées à dormir, tandis que d'autres en ont été privées. Le premier groupe a développé une compréhension plus profonde du nouvel environnement, tandis que le second groupe n'a montré aucune amélioration significative.
Ces résultats suggèrent que le sommeil aide les neurones du cerveau à mieux 's'accorder' pour apprendre à propos de nouveaux espaces. Les neuroscientifiques prévoient de mener des recherches supplémentaires en utilisant des labyrinthes plus complexes.