Mémoire spatiale, Cartes mentales et neurosciences

Nous faisons appel quotidiennement à notre mémoire spatiale, elle nous permet de nous orienter dans l’espace et nous représenter mentalement l'environnement qui nous entoure. Découvrez ce qu'il se passe dans notre cerveau lorsque notre mémoire spatiale fonctionne.

Mémoire spatiale

La navigation mentale dans l’espace s’appuie sur les cellules de lieu

Au fur et à mesure qu’un rat se déplace dans un labyrinthe qu’il connaît, des cellules s’activent une à une, chacune d’elles selon les endroits précis où l’animal passe successivement : ce sont des cellules de lieu. Grâce à des électrodes placées dans l’hippocampe du rat, il est aujourd’hui possible, par des traitements informatiques, de mesurer simultanément l’activité de 200 ou 300 cellules. Ce qui est surprenant, c’est qu’à l’arrivée, une fois l’animal immobile, les mêmes cellules s’activent, mais dans l’ordre inverse. C’est comme si l’animal revenait mentalement en arrière : c’est un phénomène de replay. Le même type de réactivations, mais cette fois dans l’ordre initial, est observé pendant le sommeil un mécanisme qui aiderait le sujet à consolider la mémoire du trajet.

La simulation mentale d’un trajet : plus qu’une révision, une prévision

Autre phénomène mis en évidence par ces expériences : l’animal, avant de partir, active par avance les cellules de lieu qui ont servi à coder l’espace, comme s’il parcourait mentalement l’espace à venir. Ces activations anticipées se produisent chez l’animal au repos lorsque l’hippocampe présente une activité particulière liée à la mise en route du « réseau du mode par défaut », qui sous-tend des simulations mentales, la réflexion, en quelque sorte. Un tel phénomène avait déjà été mis en évidence dans les années 1930 chez le rat, avec ce que l’on appelle la réaction d’incertitude lors d’une prise de décision. Ainsi, arrivés à un croisement dans un labyrinthe, les décharges des cellules de lieu alternent les représentations des deux trajets possibles avant que l’animal se décide !

Des résultats similaires ont été publiés chez l’homme.

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Sketchnote Mémoire Spatiale

Des cellules de lieu aux cellules de grille

Notre « GPS interne » fonctionne aussi avec des cellules de grille, qui enregistrent des parcours. Chez la souris, lorsqu’elle quitte son nid pour se déplacer – naviguer – librement dans tous les sens, ces cellules effectuent en continu la mise à jour du « vecteur » pointant la direction de son retour au nid, comme une boussole. Elles intègrent pour cela les signaux de vitesse et direction fournis par la vision, les propriocepteurs tendineux et musculaire et l’oreille interne.

Chez l’homme, les cellules de grille ont été directement enregistrées par des électrodes placées dans le cerveau de patients épileptiques. Par imagerie par résonnance magnétique (IRM) fonctionnelle, on a montré que les cellules de grille sous-tendent la navigation concrète ou imaginée dans un espace physique virtuel.

Cellules d’orientation de la tête

Notre carte mentale fait aussi appel à des cellules d’orientation de la tête. Celles-ci sont situées dans le présubiculum, une région de transition entre hippocampe et néocortex. Chacune des cellules correspondant à une direction reste active tant que la tête de l’individu reste orientée dans cette direction.

Un GPS mental pour naviguer dans l’espace et le temps

Ensemble, ces différentes catégories de cellules nous permettent de savoir où nous sommes, d’où nous venons, et quel chemin emprunter selon l’endroit que l’on veut rejoindre.

Très récemment, l’implication des cellules de grille a été étendue à l’exploration mentale d’un espace conceptuel.

https://www.youtube.com/watch?v=sp3TDWO6Q88

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Une question demeure : comment se fait, à l’origine, la sélection des cellules de lieu (une minorité) qui vont être actives et décharger en séquence sur un trajet donné dont elles garderont la mémoire ? Ce n’est apparemment pas l’environnement qui fait la sélection mais la plus grande « disponibilité » de certaines d’entre elles, leur « excitabilité » du moment.

Mais il y a plus surprenant. À partir de leurs résultats, George Dragoi et Susumu Tonegawa (Dragoi et Tonegawa, 2014) considèrent que de telles séquences de trajet pourraient être sélectionnées dans un large répertoire de séquences générées (spontanément ?) pendant le repos ou pendant le sommeil qui précède l’expérience spatiale concrète. Elles seraient ainsi simulées et, confronté à la réalité, l’animal utiliserait telle ou telle autre de ces séquences préjouées.

Pour en savoir plus

« Cartes mentales, comportement et neurosciences », p. 52-59, Robert Jaffard, in La mémoire au futur, Francis Eustache et al., ed. Le Pommier, 2018