Une nouvelle étude révèle les mécanismes qui interviennent lorsque le cerveau détecte un changement de localisation
Grâce à l’observation de l’activité neuronale, que les toutes dernières techniques en imagerie cérébrale ont rendue possible, les scientifiques comprennent désormais mieux la partie du cerveau qui nous donne le sens de l’orientation. Les résultats d’une étude récente jettent un nouvel éclairage sur les mécanismes d’orientation du cerveau dans un environnement changeant, de même que sur la défaillance de ces mécanismes, en présence de maladies dégénératives comme la démence, qui entraîne la perte de repères et la confusion.
« La recherche en neuroscience a connu une révolution technologique au cours des dix dernières années qui nous a permis de trouver des réponses à des questions encore hors de notre portée il y a quelques années à peine », fait remarquer Mark Brandon, professeur agrégé de psychiatrie à l’Université McGill et chercheur au Centre de recherche Douglas. Il a codirigé l’étude avec Zaki Ajabi, ancien étudiant de l’Université McGill aujourd’hui boursier postdoctoral à l’Université Harvard.
La boussole interne du cerveau décodée
Afin de comprendre l’incidence de l’information visuelle sur la boussole interne du cerveau, l’équipe de recherche a exposé des souris à un monde virtuel déstabilisant et enregistré l’activité neuronale de leur cerveau. Grâce à du matériel technologique de pointe, l’équipe a pu enregistrer la boussole interne avec une précision sans précédent.
Désormais capables de décoder correctement la direction interne de l’animal, les chercheuses et chercheurs ont pu étudier comment les cellules de direction, qui composent la boussole interne du cerveau, aident ce dernier à se réorienter lorsque l’environnement change. Ils ont découvert un phénomène qu’ils ont appelé « gain de réseau », grâce auquel la boussole interne du cerveau des souris retrouvait ses repères après avoir été désorientée. « On dirait que le cerveau a un mécanisme de réinitialisation qui lui permet de se réorienter rapidement quand sa boussole interne est déstabilisée », observe Zaki Ajabi.
Dans cette étude, les animaux ont été exposés à des expériences visuelles simulées, mais, selon les auteur(e)s, de telles mises en situation sont cohérentes avec les activités de la vie moderne, d’autant plus que la technologie de la réalité virtuelle gagne rapidement du terrain. Ces résultats « pourraient un jour expliquer comment les systèmes de réalité virtuelle peuvent facilement prendre le contrôle de notre sens de l’orientation », ajoute le boursier postdoctoral.
À la lumière des résultats, l’équipe de recherche a décidé d’élaborer de nouveaux modèles permettant de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents. « Ces travaux illustrent bien tout l’apport d’une approche à la fois expérimentale et informatique à notre compréhension des activités cérébrales à l’origine des comportements », indique Xue‑Xin Wei, coauteur de l’étude, spécialiste en neurosciences informatiques et professeur agrégé à l’Université du Texas à Austin.
Maladies neurodégénératives
Les conclusions de l’étude sont également susceptibles de changer la donne pour les personnes touchées par la maladie d’Alzheimer. « Un des premiers symptômes cognitifs autodéclarés de la maladie d’Alzheimer est le fait d’être désorienté ou perdu, même dans un environnement connu », précise Mark Brandon. Selon les chercheurs et chercheuses, une meilleure compréhension du fonctionnement de la boussole interne et du système de navigation du cerveau donnera lieu à la détection plus précoce de la maladie d’Alzheimer ainsi qu’à des traitements mieux adaptés.
L’étude
L’article « Population dynamics of head-direction neurons during drift and reorientation », par Zaki Ajabi, Alexandra Keinath, Xue-Xin Wei et Mark Brandon, a été publié dans la revue Nature. Cette étude a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et par les Instituts de recherche en santé du Canada.