• Le GPS de notre cerveau (1)

              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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