Notre cerveau, cette formidable boussole

Réseau neuronal de la boussole d’un cerveau de souris, comprenant des fibr

Réseau neuronal de la boussole d’un cerveau de souris, comprenant des fibres nerveuses (en rouge) innervant les corps neuronaux (en vert) © DNF-UNIL

Dans une étude publiée le 9 juin 2020 dans la revue « Cell Reports », des chercheurs du Département des neurosciences fondamentales de la Faculté de biologie et de médecine de l’UNIL explorent comment le cerveau gère l’orientation dans l’espace.

Imaginez que vous venez de faire les courses au supermarché et que vous essayez de retrouver votre voiture dans le parking au sous-sol. Sur quel niveau vous étiez-vous garé(e), le deuxième ou le troisième - Est-ce que c'était à gauche ou à droite de l’ascenseur ?

Deux stratégies pour s’orienter

En réfléchissant à cette situation, vous avez essentiellement deux stratégies pour retrouver votre voiture. Vous pouvez vous orienter grâce aux points de repère visuels rencontrés en montant vers le supermarché et qui ont attiré votre attention : l'ascenseur, le kiosque, les panneaux de sortie. Il s’agit d’une stratégie dite ’ allocentrique ’ , basée sur des repères externes à l’individu. Autre option : vous vous rappelez peut-être qu’en sortant de la voiture, vous avez d'abord tourné à gauche, vous avez ensuite avancé d’une centaine de pas, puis vous avez tourné à droite pour prendre l'ascenseur. Il suffira donc de refaire cette trajectoire dans le sens inverse, sans avoir besoin de vous orienter par rapport aux points de repère visuels présents dans le parking. Il s’agit d’une stratégie dite ’ égocentrique ’ , basée sur les repères internes de l’individu.

De récents travaux du groupe d’Anita Lüthi, professeure associée au Département des neurosciences fondamentales (DNF) de la Faculté de biologie et de médecine de l’Université de Lausanne, publiés dans la revue internationale Cell Reports, explorent comment le cerveau gère l’orientation dans l’espace. Dans cette étude menée par le DrSc. Gil Vantomme, postdoctorant au DNF, et initiée par la DreSc. Zita Rovó, les auteurs se sont intéressés au fonctionnement de la boussole du cerveau.

Pour ce faire, les scientifiques ont identifié dans le cerveau de la souris une projection neuronale impliquée dans le choix de ces deux stratégies de navigation et l’ont manipulée grâce à une technologie récente : la chémogénétique. Cette dernière est un processus durant lequel des macromolécules de synthèse sont exprimées dans les neurones et qui permet de contrôler leur fonctionnement. Les souris chez lesquelles cette voie neuronale a spécifiquement été bloquée montrent une utilisation accrue de la stratégie allocentrique lorsqu’elles doivent se repérer dans un labyrinthe.

’ Tout comme le cerveau de l'homme, le cerveau de la souris dispose d’une boussole qui, à chaque moment, émet des signaux nerveux pour indiquer l'orientation de sa tête et de son corps dans l'espace ’, détaille Gil Vantomme, premier auteur de l’étude. ’ C'est grâce à ces signaux que nous sommes capables de tenir compte des distances parcourues ainsi que des changements d'orientation. ’

La voie neuronale identifiée par le DrSc. Vantomme démontre que cette boussole reçoit des informations des centres visuo-spatiaux du cerveau. Ce circuit neuronal utilise un phénomène d’inhibition neuronale puissant pour maintenir la boussole à jour. Sans cette forte inhibition, les souris se fient moins à leur boussole intérieure : elles se basent alors surtout sur les repères visuels de la pièce.

De l’orientation au sommeil

La recherche menée au DNF par la Prof. Anita Lüthi s’intéresse particulièrement aux mécanismes neuronaux et aux fonctions du sommeil. La nouvelle projection neuronale identifiée par le DrSc. Vantomme cible un des noyaux du cerveau qui est au centre de ces mécanismes. ’ Cette découverte n'offre donc pas seulement une nouvelle vision de la manière dont le cerveau gère nos déplacements dans l'espace durant l’éveil. Elle pose aussi la question de comment les signaux de ces déplacements sont utilisés pendant le sommeil, quand nous ne bougeons pas ’, analyse la Prof. Anita Lüthi, directrice de l’étude publiée dans Cell Reports. ’ Une hypothèse actuelle est que les informations spatiales acquises pendant l'éveil serviraient à réactiver nos expériences pendant le sommeil dans un ordre chronologique, ce qui favoriserait la formation de la mémoire et des souvenirs. ’