238. NEUROLOGIE & NEUROSCIENCES

La boussole interne du cerveau : comment fonctionne-t-elle.

Résumé : Les résultats jettent un nouvel éclairage sur la façon dont le cerveau s'oriente dans un environnement changeant et sur la façon dont les processus naturels de navigation peuvent diminuer à la suite de la maladie d'Alzheimer.

Source: Université McGill

Les scientifiques ont acquis de nouvelles connaissances sur la partie du cerveau qui nous donne un sens de l'orientation, en suivant l'activité neuronale avec les dernières avancées en matière de techniques d'imagerie cérébrale.

Les résultats mettent en lumière la façon dont le cerveau s'oriente dans des environnements changeants - et même les processus qui peuvent mal tourner avec des maladies dégénératives comme la démence, qui laissent les gens se sentir perdus et confus.

« La recherche en neurosciences a connu une révolution technologique au cours de la dernière décennie, nous permettant de poser et de répondre à des questions dont on ne pouvait que rêver il y a quelques années à peine », déclare Mark Brandon, professeur agrégé de psychiatrie à l'Université McGill et chercheur au Centre de recherche Douglas, qui a codirigé la recherche avec Zaki Ajabi, ancien étudiant à l'Université McGill et maintenant chercheur postdoctoral à l'Université Harvard.

Lire la boussole interne du cerveau

Pour comprendre comment les informations visuelles affectent la boussole interne du cerveau, les chercheurs ont exposé des souris à un monde virtuel désorientant tout en enregistrant l'activité neuronale du cerveau.

L'équipe a enregistré la boussole interne du cerveau avec une précision sans précédent en utilisant les dernières avancées de la technologie d'enregistrement neuronal.

Cette capacité à décoder avec précision la direction interne de la tête de l'animal a permis aux chercheurs d'explorer comment les cellules Head-Direction, qui constituent la boussole interne du cerveau, soutiennent la capacité du cerveau à se réorienter dans un environnement changeant.

Plus précisément, l'équipe de recherche a identifié un phénomène qu'ils appellent « gain de réseau » qui permet à la boussole interne du cerveau de se réorienter après la désorientation des souris.

« C'est comme si le cerveau disposait d'un mécanisme pour implémenter un « bouton de réinitialisation » permettant une réorientation rapide de sa boussole interne dans des situations confuses », explique Ajabi.

Bien que les animaux de cette étude aient été exposés à des expériences visuelles non naturelles, les auteurs soutiennent que de tels scénarios sont déjà pertinents pour l'expérience humaine moderne, en particulier avec la diffusion rapide de la technologie de réalité virtuelle.

"Ces résultats pourraient éventuellement expliquer comment les systèmes de réalité virtuelle peuvent facilement prendre le contrôle de notre sens de l'orientation", ajoute Ajabi.

L'équipe a enregistré la boussole interne du cerveau avec une précision sans précédent en utilisant les dernières avancées de la technologie d'enregistrement neuronal. L'image est dans le domaine public

Les résultats ont inspiré l'équipe de recherche à développer de nouveaux modèles pour mieux comprendre les mécanismes sous-jacents.

«Ce travail est un bel exemple de la façon dont les approches expérimentales et informatiques peuvent faire progresser notre compréhension de l'activité cérébrale qui détermine le comportement», déclare le co-auteur Xue-Xin Wei, neuroscientifique informatique et professeur adjoint à l'Université du Texas à Austin.

Maladies degeneratives

Les résultats ont également des implications importantes pour la maladie d'Alzheimer. "L'un des premiers symptômes cognitifs autodéclarés de la maladie d'Alzheimer est que les gens deviennent désorientés et perdus, même dans des environnements familiers", explique Brandon.

Les chercheurs s'attendent à ce qu'une meilleure compréhension du fonctionnement de la boussole interne et du système de navigation du cerveau conduise à une détection plus précoce et à une meilleure évaluation des traitements de la maladie d'Alzheimer.

À propos de l'étude

Financement : La recherche a été financée par le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada et les Instituts de recherche en santé du Canada.

À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences :

Auteur : Shirley Cardenas

Source : Université McGill

Contact : Shirley Cardenas – Université McGill

Image : L'image est dans le domaine public

Recherche originale : libre accès.
« Dynamique de la population des neurones de direction de la tête pendant la dérive et la réorientation » par Mark Brandon et al. Nature

Abstrait

Dynamique de population des neurones de la direction de la tête lors de la dérive et de la réorientation

Le système de direction de la tête (HD) fonctionne comme la boussole interne du cerveau, classiquement formalisée comme un réseau unidimensionnel d'attracteurs annulaires. Contrairement à un compas magnétique globalement cohérent, le système HD n'a pas de cadre de référence universel. Au lieu de cela, il s'ancre aux repères locaux, en maintenant un décalage stable lorsque les repères tournent et dérivent en l'absence de référents.

Cependant, les questions sur les mécanismes qui sous-tendent l'ancrage et la dérive restent non résolues et sont mieux traitées au niveau de la population. Par exemple, la mesure dans laquelle la description unidimensionnelle de l'activité de la population tient dans des conditions de réorientation et de dérive n'est pas claire.

Ici, nous avons effectué des enregistrements de population de cellules HD thalamiques en utilisant l'imagerie calcique lors de rotations contrôlées d'un point de repère visuel.

À travers les expériences, l'activité de la population variait selon une deuxième dimension, que nous appelons le gain de réseau, en particulier dans des circonstances de conflit et d'ambiguïté. L'activité le long de cette dimension a prédit le réalignement et la dynamique de dérive, y compris la vitesse de réalignement du réseau.

Dans l'obscurité, le gain du réseau a maintenu une « trace mémoire » du point de repère précédemment affiché. D'autres expériences ont démontré que le réseau HD revenait à son orientation de base après de brèves, mais pas plus longues, expositions à un repère tourné. Cette dépendance à l'expérience suggère que la mémoire des associations précédentes entre les neurones HD et les signaux allocentriques est maintenue et influence la représentation HD interne.

Sur la base de ces résultats, nous montrons que la rotation continue d'un point de repère visuel induit une rotation de la représentation HD qui persiste dans l'obscurité, démontrant un recalibrage dépendant de l'expérience du système HD.

Enfin, nous proposons un modèle informatique pour formaliser la manière dont la boussole neuronale s'adapte de manière flexible aux changements de signaux environnementaux pour maintenir une représentation fiable de la MH.

Ces résultats remettent en question les interprétations unidimensionnelles classiques du système HD et donnent un aperçu des interactions entre ce système et les signaux auxquels il s'ancre.

Avril 2023