Découverte du mécanisme cérébral qui permet (ou pas) de retrouver la voiture au parking

Il sera arrivé à n’importe qui au moins une fois d’avoir garé la voiture et de ne pas se rappeler où elle se trouvait. Heureusement, ce n’est pas fréquent. Habituellement, nous allons automatiquement au parking car le cerveau crée des associations qui nous permettent d’orienter le comportement de chacun de nous dans des endroits inconnus. Pour avoir découvert le mécanisme cérébral sous-jacent à l’orientation spatiale, c’est un groupe de chercheurs de l’UC San Francisco, qui a étudié comment le cortex préfrontal (qui joue un rôle fondamental dans les processus cognitifs et la régulation du comportement) communique avec les autres régions corticales et sous-corticales cérébrales. Selon les chercheurs, lorsque vous vous déplacez dans un nouvel environnement, le cerveau met en place un circuit qui vous invite à prêter attention aux caractéristiques les plus saillantes de l’environnement afin de guider le comportement. L’étude a été publiée dans Cellule.

Ce qui favorise les comportements exploratoires

Des études antérieures ont déjà montré qu’à la base des comportements exploratoires (de lieux ou d’objets) il existe une activité simultanée et une communication bidirectionnelle entre le cortex préfrontal (PFC) et d’autres régions cérébrales corticales et sous-corticales, qui assurent un contrôle de haut en bas. comportement. En particulier, ce lien, qui prend naissance dans le cortex préfrontal et s’étend jusqu’à l’hippocampe (HPC) – un nœud clé pour le traitement des informations spatiales pour guider le comportement – fournit des preuves de la façon dont les régions cognitives supérieures du cerveau affinent les opérations qui se produisent dans des zones cérébrales distantes. . Mais aucune étude, jusqu’à présent, n’était encore parvenue à comprendre ce qui médiatise ce contrôle du haut (PFC) vers le bas (HPC).

À cet égard, les chercheurs de l’UC San Francisco ont enquêté sur cette activité et ont découvert que la plupart des communications descendantes (dans le sens PFC-HPC) se produisent indirectement, via le « noyau thalamique reuniens» (La zone du cerveau qui, entre autres fonctions, contribue à l’apprentissage associatif et à la planification spatiale des trajectoires). Plus précisément, les chercheurs ont expliqué comment PFC exerce un contrôle descendant sur le traitement de l’information dans HPC en agissant via une boucle unique qui favorise des comportements exploratoires spécifiques. « Ce circuit – dit-il Vikaas Sohalauteur principal de l’étude – est un passerelle comprendre comment le cerveau permet au cortex préfrontal d’exercer une régulation descendante d’autres parties du cerveau. C’est un type de voie inhibitrice à longue portée reliant deux régions du cerveau qui n’a jamais été vue auparavant. »

Le « PDG du cerveau » contrôle les fonctions exécutives

Alors que le cortex préfrontal (PFC) – considéré comme le « PDG du cerveau » – contrôle les fonctions exécutives telles que l’attention, la planification et la prise de décision, d’autre part, l’hippocampe stocke la mémoire et traite l’espace, nous aidant à naviguer dans l’environnement. Le circuit nouvellement découvert par les chercheurs facilite essentiellement notre capacité à concentrer notre attention sur ce qui est important dans l’environnement en nous faisant ignorer d’autres stimuli sensoriels qui sont inutiles pour notre objectif.  » PFC – a déclaré l’auteur principal de l’étude, Ruchi Malik – rassemblait toutes ces informations sensorielles et disait ‘Hé, hippocampe, nous sommes ici dans ce contexte particulier, alors fais attention à cette information particulière en ce moment’ ».

L’étude décrit donc les interactions du réseau PFC-HPC qui jouent un rôle clé dans les comportements cognitifs et émotionnels, montrant, au contraire, comment des interactions PFC-HPC anormales sont impliquées dans plusieurs troubles neuropsychiatriques, dont la schizophrénie, la dépression et l’anxiété.

L’expérience avec des souris

Pour démontrer empiriquement le mécanisme cérébral derrière l’orientation spatiale, les chercheurs ont placé des souris dans une petite arène, où se trouvaient de petits objets, et les ont observés pendant 10 minutes. Tout en explorant l’arène, les souris ont inspecté les objets pendant une minute ou deux, puis sont reparties. En observant l’activité dans le cerveau des souris, les chercheurs ont constaté que les signaux entre les deux régions du cerveau se synchronisaient, mais aussi que, chaque fois qu’une souris inspectait à nouveau un objet, les signaux au sein de l’hippocampe s’affinaient et s’amélioraient.

L’équipe a également découvert que les données indiquaient quels neurones s’activaient à un moment donné et identifiaient où se trouvait la souris à ce moment-là, confirmant que l’activité cérébrale change lorsque la souris s’approche ou étudie un objet que le PFC juge important. « Cela suggère – ont expliqué les chercheurs – que pendant que l’hippocampe cartographie l’environnement, il s’affine également pour produire certains schémas d’activité neuronale lorsque le cortex préfrontal détecte que la souris s’approche d’un objectif important tel qu’un nouvel objet ». .

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L’exemple de la voiture garée et le réglage de l’attention

C’est aussi ce qui se passe quand on laisse la voiture dans un parking. « Pour se rappeler où nous avons garé la voiture – dit-il Malik -, le PFC dit à l’hippocampe de prêter attention sélectivement aux points de repère, puis de se souvenir et de rechercher ces points de repère à votre retour. C’est le mécanisme qui a lieu : l’hippocampe cartographie les positions des objets dans l’espace et le PFC indique à l’hippocampe la pertinence de chaque position.

À travers l’exemple du parking et de l’expérience de la souris, nous réalisons à quel point la manière dont ce circuit s’acquitte de la tâche de focalisation de l’attention est unique : il intensifie et concentre l’activité dans des microcircuits spécifiques de l’hippocampe en désactivant les signaux qui, autrement, ils le feraient réduire ces microcircuits. Le résultat est un signal très clair du PFC indiquant à l’hippocampe ce qu’il faut surveiller et un moyen extrêmement intelligent d’affiner ce message à mesure que l’environnement change.

Le dysfonctionnement des circuits cérébraux peut être lié à des formes de démence ou à des troubles psychiatriques

Les chercheurs pensent qu’un dysfonctionnement de ce circuit pourrait être à l’origine de problèmes cognitifs liés à l’attention ou à la mémoire, comme certaines formes de démence, le TDAH (Attention Deficit Hyperactivity Disorder) ou des troubles psychiatriques. Pour cette raison, il devrait être étudié plus en profondeur pour comprendre quelles sont les conséquences lorsqu’il est incapable de faire son travail efficacement.

À cet égard, le prochain objectif des chercheurs sera de comprendre comment ce circuit affecte le comportement, en observant son fonctionnement lors d’activités plus complexes, comme l’utilisation d’informations stockées dans la mémoire de travail pour décider du chemin à emprunter pour trouver une récompense. « Pour opérer dans un environnement complexe, aller chercher de la nourriture ou des récompenses puis revenir, – a-t-il conclu Malik – vous devez être capable d’être attentif à des stimuli spécifiques et de les disposer dans l’espace de manière précise. Le travail de filtrage de ce circuit est absolument essentiel ».