Les chauves-souris en vol révèlent comment notre cerveau navigue
Les neuroscientifiques savent depuis des années que la formation hippocampique du cerveau contient des neurones qui se rapportent spécifiquement à l’espace, et qu’elle revêt une importance essentielle pour la mémoire, en particulier la mémoire spatiale. «Ces neurones comprennent notamment des cellules de localisation, qui nous indiquent où nous nous situons dans l’espace», explique Nachum Ulanovsky, coordinateur du projet NATURAL_BAT_NAV, professeur de recherche sur le cerveau à l’Institut Weizmann des sciences en Israël. «Les cellules de grille, en revanche, agissent comme une règle, permettant à l’animal de mesurer l’espace.» Il existe également des cellules de direction de la tête, qui agissent comme une sorte de boussole, et des cellules de frontière qui identifient les limites d’un espace donné. Ensemble, ces neurones nous aident à naviguer et à nous situer dans notre environnement.
Une approche naturaliste
Les neuroscientifiques commencent seulement à comprendre pleinement comment fonctionne réellement la capacité de navigation de la formation hippocampique. «Dans le domaine des neurosciences, les expériences sont généralement menées dans des environnements restreints et contrôlés», explique Nachum Ulanovsky. «La navigation dans le monde naturel est différente. Nous avons donc voulu lancer un projet ouvert qui adopte une approche plus naturaliste.» Pour ce faire, Nachum Ulanovsky a remplacé les expériences habituelles de souris et de labyrinthes en laboratoire par un tunnel de 200 mètres de long et une colonie de chauves-souris. Étant donné que les chauves-souris volent dans les trois dimensions, qu’elles se déplacent vite et qu’elles couvrent de grandes zones, elles sont tout indiquées pour comprendre le rôle de l’hippocampe du cerveau lors de déplacements sur de longues distances. Des dispositifs neurophysiologiques sans fil permettant de capturer et de stocker des données ont été soigneusement fixés aux chauves-souris. Les animaux ont ensuite été suivis à l’aide d’un système de type GPS offrant une précision de positionnement exceptionnelle.
Suivre la puissance du cerveau
Nachum Ulanovsky a pu démontrer que les chauves-souris volant vers un objectif de navigation utilisent des neurones qui représentent à la fois la direction et la distance. Ce vecteur, comme on l’appelle, a été découvert pour la première fois dans l’hippocampe. «Nous avons également pu démontrer qu’il existe des neurones spécifiques dans l’hippocampe qui représentent l’endroit où se trouvent les autres chauves-souris», ajoute Nachum Ulanovsky. «Nous les avons appelées des cellules de localisation sociale. Elles pourraient jouer un rôle important dans la façon dont, par exemple, un footballeur est capable de trouver ses coéquipiers pour leur faire une passe.» Suivre les chauves-souris a également permis à Nachum Ulanovsky d’identifier les neurones spécifiques qui facilitent la navigation tridimensionnelle, et la façon dont les chauves-souris se déplacent dans de grands espaces. Nachum Ulanovsky et son équipe ont découvert que les chauves-souris utilisent une sorte de code de navigation multi-échelle pour représenter leur position dans le long tunnel de 200 mètres. «Ce qui était intéressant, c’est que les chauves-souris nées en laboratoire, qui n’ont jamais connu de grands espaces, utilisaient le même code de navigation que les chauves-souris sauvages», observe Nachum Ulanovsky. «Cela suggère que ce code multi-échelle ne dépend pas de l’expérience, mais est plutôt très robuste et basique. Les projets de comportement naturaliste comme celui-ci peuvent mener à des résultats surprenants.» En termes d’applications concrètes, Nachum Ulanovsky suggère qu’il est trop tôt pour se prononcer sur l’impact que cette recherche fondamentale pourrait avoir sur le traitement des maladies du cerveau. Il existe toutefois un potentiel certain, étant donné que la formation hippocampique est l’endroit où nous façonnons nos souvenirs et qu’il s’agit de la première région du cerveau à présenter des signes de la maladie d’Alzheimer. Un autre domaine à fort potentiel est la découverte de la manière dont une chauve-souris utilise une sorte de code multi-échelle pour naviguer dans de grands espaces. Cette découverte pourrait influencer le développement d’algorithmes de navigation, y compris ceux basés sur l’apprentissage automatique.
Mots‑clés
NATURAL_BAT_NAV, neurobiologie, cerveau, chauves-souris, neurones, hippocampique, navigation, neurosciences
