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    Le GPS de notre cerveau (2)Le GPS de notre cerveau (2)Le GPS de notre cerveau (2)

            Nous avons vu dans le dernier articles diverses cellules du cortex entorhinal qui fournissaient  des indications :
                             - sur la position de l’animal dans un réseau géométrique maillé superposé à l’environnement où il se déplace,

                             - sur l’orientation de soin déplacement,
                             - sur la vitesse de son déplacement, 
                             - et sur les obstacles qu’il rencontre.
            Toutes ces informations sont envoyées à d’autres centres de l’hippocampe qui contiennent des « cellules de lieu ». 

            Lorsque l’animal se trouve dans un endroit donné, certaines de ces cellules vont rassembler les informations provenant du cortex entorhinal, et les fusionner pour constituer une « carte géographique », représentative du lieu en question.
            Alors que les cellules de grille superposent les mêmes grilles géométriques à tout environnement où l’on se déplace, les cellules de lieu seront spécifiques d’un endroit donné et d’autres cellules de lieu prendront en charge un autre endroit.
            Par exemple des rats qui se déplaçaient dans un labyrinthe en trois parties, séparées par un virage en épingle à cheveux, créaient trois cartes mentales correspondant aux trois parties du labyrinthe, et prises en charge chacune par des cellules de lieu différentes.

            L’hippocampe enregistre non seulement les orientations, les vitesses et les obstacles éventuels en un endroit donné, informations synthétisées par les cellules de lieu, mais il enregistre aussi d’autres informations des différents sens sur ce qui se passe en ce lieu donné.
           On peut ainsi conditionner le rat à éviter un lieu où il a reçu une décharge électrique désagréable, ou à rechercher un lieu où il trouvera d la nourriture.
           Notre mémoire constitue donc des cartes mentales relatives à nos déplacements.    
           Mais ces cartes sont ensuite traitées par le cortex préfrontal, qui doit sans doute pouvoir faire faire des simulations de parcours aux diverses cellules du système de navigation..

           En effet on constate qu’un rat qui, la première fois qu’il a parcouru un labyrinthe, a fait de nombreux détours et des aller-retours dans des impasses, lorsqu’il est remis dans le labyrinthe, diminue le nombre de trajets inutiles, et finit par enregistrer une procédure qui lui permet d’utiliser le trajet le plus court (si on le motive par exemple, par une récompense de nourriture).

           Il semble que tous les mammifère disposent de ce système de navigation assez remarquable, mais il est probable que certains d’entre eux utilisent plus ou moins d’autres sens que la vue seule. (les chauves souris utilisent par exemple leur sonar). Il est donc probable que l’homme a un système identique, probablement un peu plus perfectionné car ayant des tâches plus complexes.
          D’autres animaux ont des systèmes plus simples, le ver nématode étant par exemple sensible au gradient des odeurs pour trouver sa nourriture.
          Des insectes ont un système de navigation évolue mais basé par exemple sur une reconnaissance de figures géométriques de couleur (les abeilles), car leur cerveau est trop petit pour enregistrer une carte mentale des images de vision.

           On commence donc à savoir comment notre cerveau permet notre orientation spatiale, mais que dire de ce que l’on appelle « le sens de l’orientation » : il existe des inégalités flagrantes dans notre capacité à construire et manipuler une carte mentale de notre environnement, voire même à interpréter une carte papier ou GPS pour nous guider.
          De nombreux essais pratiques ont été menés sur des personnes auxquelles on faisait faire un certain parcours que l’on demandait ensuite d’analyser et les réponses étaient très variables, de même que, si on les emmenaient à nouveau sur le même parcours, certaines retrouvaient beaucoup mieux leur chemin que d’autres.
          Ce qu’on appelle “le sens de l’orientation” repose sur la capacité à traiter des informations multiples : celles issues de l’environnement extérieur (repères visuels ou tactiles dans le noir…) et celles données par notre propre corps (dans quel sens je me déplace, à quelle vitesse…). 

          Nous venons de voir quels étaient les neurones qui traitaient ces informations dans le cerveau, mais déterminer les causes de ses fluctuations reste difficile et encore peu connu.
         Une partie des différences est certainement dû à l’hippocampe et à l’apprentissage : des études sur les chauffeurs de taxi de Londres ont montré que les liaisons entre les cellules de lieu et les cartes mentales du « où », étaient beaucoup plus développées chez eux, que chez des personnes n’ayant pas le besoin de mémoriser les lieux et itinéraires. Les liaisons étaient également plus importantes avec le noyau caudé, qui stocke des informations sur les actions spatiales de soi même.
         D’autres différences notamment chez les personnes incapables de se repérer sont sans doute dues à certaines performances moindres des cellules de lieu et de grille.
         Chose curieuse, le sens de l’orientation des femmes, égal à celui des hommes lorsque le taux d’oestrogène est bas, varie ensuite avec le cycle hormonal.

         Enfin, un troisième facteur est celui de l’orientation spatiale liée à la reconnaissance d’images, qui permet de se représenter un même objet, une même carte, un même lieu, sous différentes orientations à partir de points différents. (pensez aux tests de QI où on vous montre plusieurs objets sous différentes perspectives et où on vous demande quelles sont les deux images concernant le même objet).
         Il semblerait qu’il existe des différences importantes selon les individus, et qu’en moyenne, les performances des hommes soient supérieures à celles des femmes dans ce domaine, mais l’apprentissage peut aussi jouer un rôle important.

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  •           Je suis toujours émerveillé devant le fonctionnement de notre cerveau.
              La façon dont nous mémorisons nos orientations et nos parcours est extraordinaire.
              Je vais donc essayer de décrire succinctement comment est constitué le GPS de notre cerveau, à partir d'articles de la revue « Pour la Science »..

              Les explications que je vais vous donner proviennent d’études faites sur des rats dans des labyrinthes, en implantant de très fines électrodes dans leur cerveau. On a montré que les résultats étaient extrapolables aux autres mammifères. On ne peut évidemment faire de tels essais sur les humains, mais les explorations possibles laissent penser que le mécanisme est très analogue.

             Dans ce premier article, nous allons examiner certains neurones d’un centre que l’on appelle le "cortex entorhinal", dans le lobe temporal médian.
            On peut le considérer comme faisant partie de l’hippocampe, le « professeur de la mémoire » (voir le schéma ci dessous).

    Le GPS de notre cerveau (1)          Ce centre contient quatre types de sous-centres aux neurones spécialisés, qui s’activent lorsque nous nous déplaçons : 

     Les cellules de grilles : (voir les schémas ci-dessous)

            Elles sont organisées selon un schéma triangulaire et hexagonal, formé de triangles équilatéraux. Chaque cellule correspond à un endroit donné et s’active lorsque le rat passe à un endroit donné du labyrinthe qui correspond à un croisement des lignes du réseau, ce qui représente donc une cartographie géométrique des lieux où se trouve l’animal.
           C’est donc un repère de position géométrique, une grille, que le cerveau superpose à chaque lieu où l’on va se déplacer.
           En général six neurones déchargent à la fois au passage en un lieu : la cellule de grille la plus proche du lieu et les six cellules de l’hexagone autour de cette cellule centrale.

    Le GPS de notre cerveau (1)

     Le GPS de notre cerveau (1)

     

     

     

     

     

     

     

     

             En fait il existe plusieurs grilles à des endroits différents du cortex entorhinal; elles correspondent à des « pas » différent, la distance entre les centres des hexagones correspondant dans la réalité à des distances réelles sur le terrain de plus en plus grandes, allant d’une dizaines de centimètres à plusieurs mètres, ce qui correspond à des cartes à des échelles différentes.

    Les cellules d’orientation :

    Le GPS de notre cerveau (1)         D’autres cellules déchargent lorsque l’animal se dirige dans une direction donnée.
            Elles correspondent à une grille analogue à la précédente, correspondant à un lieu précis, mais elles ne déchargent que lorsque l’animal est face à une direction donnée. Il semble qu’il y ait ainsi huit réseaux correspondant aux huit directions principales. C’est en quelque sorte une boussole à huit direction, qui indique celle que suit l’animal. En fait c’est lié à la direction de sa tête, car arrété en un lieu donné, des cellules différentes déchargent si l’animal tourne la tête dans une autre directions.

    Les cellules de bordure :
     

    Le GPS de notre cerveau (1)

              Ces cellules envoient un influx nerveux lorsque l’animal s’approche d’un obstacle, un mur du labyrinthe par exemple.
             Leur objectif est d’éviter les collisions, mais aussi de dresser une carte des obstacles environnant, car elles semblent aussi calculer, en s’approchant du mur la distance à laquelle l’animal se trouve.
           Cela ressemble en quelque sorte au radar de recul des voitures.

     

    Les cellules de vitesse :

    Le GPS de notre cerveau (1)


            Enfin un dernier type de cellules a récemment été trouvé ( en 2015) : des cellules qui réagissent à la vitesse de déplacement de l’animal, indépendamment de sa position sur la grille et de l’orientation.

             Leur fréquence de décharge est proportionnelle à la vitesse de l’animal.
             

             On ne connait pas bien le mécanisme par lequel les diverses cellules fonctionnent à partir du milieu extérieur.
            Les renseignements visuels sont sans doute essentiels pour les cellules de grille.
            Les signaux de l’oreille interne avec son pseudo-gyroscope, sont certainement essentiels pour les cellules d’orientation 
           Pour les cellules de bordure la vue est sûrement importante, mais il n’est pas exclu que d’autres sens coopèrent.
           Pour les cellules de vitesse, il doit y avoir une comparaison entre les déplacements visuels et les rythmes délivrés par les neurones du tronc cérébral qui agissent comme des oscillateurs.

           Mais ce n’est pas aussi simple que cela, d’après des études encore plus récentes, et des autres sens peuvent intervenir, notamment quant à l’usage que font les rats de leurs pattes.
          En effet, si on intercale dans le labyrinthe un tapis roulant qui ralentit la marche de l’animal, certaines cellules de grilles ne sont plus calées sur ce que voit l’animal, mais émettent des décharges régulières à des instants donnés ou pour des distances parcourues. Même si le tapis roulant entraîne un déplacement nul de l’animal (et donc de sa vue), ces cellules semblent donner une appréciation de la distance parcourue et du temps qui s’est écoulé. (probablement en liaison avec les cellules de vitesse).

          Il reste donc beaucoup à apprendre sur ces diverses cellules et sur leur fonctionnement. Il faut aussi étudier comment le cortex entorhinal réagit dans un endroit réel en 3 dimensions et non dans un labyrinthe plat. Il est probable qu’une cinquième catégorie de cellules doit intervenir.
         Dans le prochain article j’expliquerai comment se fait notre orientation.

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           Lorsque nous voyons une couleur, du bleu par exemple, c'est que sur notre rétine est arrivée une particule sans masse, (ou peut être une inertie extrêmement faible), le photon, qui possède une certaine énergie caractéristique. A chaque photon d'énergie différente, nous allons donner un nom de couleur. Cette énergie transportée par un photon est ultra faible, pour le photon "bleu" 4,3 X 10 -19 joules. Heureusement la lumière que nous recevons contient beaucoup de photons.
        On le caractérise aussi en physique, par une certaine fréquence 6,5 X 10 14 hertz et la longueur d'onde associée (qui correspond à une statistique de la répartition des particules) est de 500 nanomètres. 
       
         Donc sur notre rétine arrivent des photons, sur des cellules nerveuses en forme de bâtonnets et de cônes. Ces cellules contiennent des lamelles dans lesquelles des molécules chimiques réagissent sous l'effet de l'énergie laissée par les photons. 
         Grâce à ces molécules chimiques (des pigments constitués de protéines), les photons déclenchent un influx nerveux dans les axones des cellules rétiniennes.
         Les bâtonnets sont sensibles à des luminosités très faibles et permettent une vison très précise alors que certains cônes ont une réaction électrique maximale quand ils sont éclairés avec des radiations bleues, d'autres ont une sensibilité  maximale avec des radiations vertes, et une troisième catégorie qui présente une réponse maximale pour les radiations rouges.
         Des photons correspondant au bleu n'excitent donc que les cônes “bleus”, ceux correspondant au vert les cônes “verts”  et ceux correspondant au rouge les cônes “rouges”. S'il s'agit d'une couleur intermédiaire, l'excitation est transmise aux trois sortes de cônes dans des proportions qui dépendent de l'énergie du photon incident.
         C'est un peu comme votre imprimante qui ne “tape” que des points bleus verts ou rouge, mais par leur mélange en proportions différentes reproduit des millions de couleurs différentes.

         Ces signaux de la rétine sont envoyés sur des neurones spécialisés de notre cerveau (à l'arrière du crâne au dessus de la nuque) qui vont “mesurer” la proportion de signal provenant des cônes bleus, verts et rouges et donner ainsi une caractéristique de la lumière reçue.
         Nous mémorisons cette perception et ce sont nos parents ( et frères sœurs, nounous, professeurs...) qui nous disent : cette sensation s'appelle bleu, celle ci rouge, celle là verte, cette autre orange ou marron. Bref c'est un codage du langage.
         Mais c'est un peu plus compliqué car nous ne regardons pas des photons, mais des objets.
         Pourquoi un objet est il bleu ? : parce que sa nature en surface est telle qu'il absorbe tous les photons rouges et verts et réfléchit tous les photons bleus .

       Donc ce qui existe ce sont les photons et l'objet, mais la couleur cela n'existe pas : c'est une dénomination dans notre langage que nous avons donnée nous, hommes, à une certaine sensation de notre cerveau, suite aux signaux en provenance des yeux, et sous le contrôle de nos centres de la parole et du langage et bien sûr de notre cortex frontal, le chef d'orchestre.

         William McGeown et ses collègues, de l'Université de Hull, au Rogaume-Uni, ont montré qu' il suffit que le cerveau se déconnecte de ses entrées sensorielles, pour que les perceptions changent et une personne hypnotisée peut parfaitement voir une tomate mûre verte, l'herbe rouge et la neige violette. Ils ont même montré que certaines personnes très suggestibles n'ont même pas besoin d'hypnose pour imaginer des couleurs. ll suffit qu'elles décident de voir des taches de couleur sur un écran gris, pour les voir pour de bon, et sur instruction de l'expérimentateur, elle voyaient sur l'écran gris, des taches jaunes, vertes, bleues ou rouges.
         Mac Geown a montré que, lorsque de tels individus se persuadent qu'un écran est rouge alors qu'il est gris, l'activité des zones visuelles situées à l'arrière de leur cerveau et recevant habituellement les informations "rouge" en provenance des yeux augmente, et dépasse même très nettement celle d'autres personnes "normales" placées dans la même situation. 
        Sous l'effet de la volonté, les zones de perception semblent ainsi capables de produire "sur commande" ce que la personne à la sensibilité particulière, désire voir. 
        De telles personnes sont très suggestibles et influençables et elles peuvent aussi entrer très rapidement dans un état de transe hypnotique après quelques instructions de l'hypnotiseur.
     
         Cette découverte fragilise la frontière entre subjectivité et objectivité, révélant ainsi que le cerveau peut confondre ses propres constructions intérieures et les messages issus de la "réalité" .    
    Au cours de l'histoire humaine, des individus ont prétendu voir des apparitions, des signes célestes, ou des soucoupes volantes. Le cerveau d'une personne très suggestible, lorsqu'il se persuade intensément d'une chose, a le pouvoir de lui donner un caractère de "réalité perceptible" qu'il devient difficile de distinguer de la "réalité vraie".

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