Les scientifiques ont rarement la possibilité d'étudier le comportement d'une seule cellule dans un cerveau humain vivant. Mais une équipe des États-Unis a eu la possibilité de réaliser des enregistrements de cerveau humain chez les patients atteints d'épilepsie qui ont subi un traitement qui a implanté des électrodes profondément dans leur cerveau. Les chercheurs ont découvert que les humains, comme d'autres animaux, semblent avoir un type de cellule du cerveau qui se comporte comme un GPS.

Les scientifiques ont déjà découvert que les cerveaux des rongeurs et des primates non humains possédaient des cellules «de grille» qui aident les animaux à garder une trace de leur emplacement relatif lorsqu'ils naviguent dans un environnement inconnu.

Les cellules de la grille envoient des signaux à un autre groupe de cellules appelées cellules de place, et elles envoient tous deux des signaux à l'hippocampe, une zone du cerveau qui est importante pour former la mémoire. Ensemble, les deux groupes de cellules aident à faire une image mentale de l'endroit où l'animal est dans son environnement.

Mais en dehors d'une étude publiée en 2010 qui a utilisé des scans cérébrales non invasifs pour suggérer des cellules de grille existent dans les cerveaux humains, cette dernière étude est la première à montrer une preuve directe de l'activité des cellules de la grille dans les cerveaux humains.

Joshua Jacobs, qui gère un laboratoire cognitif de dynamique du cerveau à l'Université Drexel à Philadelphie, PA, et ses collègues écrivent à propos de leurs résultats dans le numéro en ligne de cette semaine de Nature Neuroscience .

Les cellules de grille obtiennent leur nom du modèle de grille triangulaire qu'ils semblent utiliser pour représenter l'emplacement spatial. Imaginez-vous debout sur un plancher à motifs constitué de formes triangulaires entrelacées. Lorsque vous vous promenez, vous traversez d'un triangle à l'autre. Les cellules de la grille semblent cartographier un tel modèle de grille en raison de la façon dont leur activité augmente lorsque vous traversez la grille.

Ce comportement cellulaire, qui est distinct de celui des autres cellules du cerveau, permet au cerveau de suivre la distance entre votre point de départ ou votre dernier tour. Ce type de navigation s'appelle l'intégration du chemin d'accès.

Jacobs a déclaré à la presse:

Il est essentiel que ce modèle de grille soit tellement cohérent car il montre comment les gens peuvent garder une trace de leur emplacement même dans de nouveaux environnements avec des dispositions incompatibles."

Les patients atteints d'épilepsie implantés par électrode ont navigué un jeu vidéo

Pour leur étude, l'équipe a enregistré une activité cérébrale chez 14 patients atteints d'épilepsie alors qu'ils jouaient à un jeu vidéo sur un ordinateur portable dans leurs lits d'hôpitaux. Les patients subissent un traitement qui leur oblige à avoir des électrodes implantées profondément dans leur cerveau.

Dans le jeu vidéo, les patients ont utilisé un joystick pour contrôler un vélo qu'ils ont «monté» autour d'un terrain largement ouvert. Ils ont dû naviguer et récupérer des objets de différents points dans un environnement inconnu, puis rappeler où se trouvaient les objets.

Au début, ils avaient des essais où ils pouvaient voir les objets de loin. Ensuite, les objets étaient invisibles et ils devaient partir du centre de la carte et trouver les objets. Lorsque la bicyclette était juste devant un objet, elle est devenue visible.

Dans la phase finale du jeu, les chercheurs ont demandé aux patients de se familiariser avec des objets particuliers.

Au cours de ces différentes étapes du jeu, les chercheurs ont observé l'activité des cellules individuelles dans le cerveau des patients. Ils ont vu comment différentes cellules de la grille ont déclenché à différents moments, selon l'endroit où le patient était sur leur grille.

Jacobs dit que le modèle de grille triangulaire semble jouer un rôle clé dans la navigation, en expliquant:

"Sans cellules de grille, il est probable que les humains se perdent fréquemment ou doivent naviguer en se basant uniquement sur les repères. Les cellules de grille sont donc essentielles pour maintenir un sentiment d'emplacement dans un environnement".

L'auteur principal Michael Kahana, un neuroscientifique et professeur de psychologie à l'Université de Pennsylvanie, ajoute:

La découverte actuelle des cellules de la grille dans le cerveau humain, ainsi que la découverte antérieure de «cellules de place» de l'hippocampe humain, qui tirent à des endroits isolés, fournissent des preuves convaincantes d'un système commun de cartographie et de navigation préservé à travers les humains et des animaux inférieurs.

Les cellules de la grille chez les patients humains ont été trouvées dans une partie du cerveau connue sous le nom de cortex entorhinal, qui est également l'endroit où ils ont été trouvés chez les animaux.

Le cortex entorhinal est l'une des premières régions du cerveau à être affectée par la maladie d'Alzheimer. Jacobs dit que comprendre les cellules de la grille pourrait nous aider à mieux comprendre pourquoi les personnes atteintes de la maladie d'Alzheimer deviennent diosorientées et peuvent même trouver un moyen d'améliorer leur fonction cérébrale.

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