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Cerveau : comment il gère l’espace et le temps

Des neuroscientifiques sont parvenus à identifier le circuit cérébral qui code la synchronisation des évènements et se sont rendus compte que notre cerveau code séparément le temps et l’espace.

Cerveau : comment il gère l’espace et le temps Meranna/iStock

  • Publié le 12.01.2021 à 17h30
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L'ESSENTIEL
  • Les cellules qui gardent une mémoire du temps et celles qui s'occupent de l'espace sont différentes.
  • Le cerveau peut choisir de les fusionner ou de les séparer en fonction de la tâche à effectuer.

Lorsque nous vivons un nouvel événement, notre cerveau enregistre une mémoire non seulement de ce qui s'est passé mais aussi du contexte, y compris l'heure et le lieu de l'événement. Une nouvelle étude menée par des neuroscientifiques américains du MIT met en lumière la façon dont le timing d'une mémoire est codé dans l'hippocampe et suggère que le temps et l'espace sont codés séparément. Les résultats ont été présentés le 7 décembre dans la revue PNAS.

CA1 en charge du temps 

Dans une étude menée sur des souris, les chercheurs ont identifié un circuit hippocampique que les animaux utilisent pour stocker des informations sur le moment où elles doivent tourner à gauche ou à droite dans un labyrinthe. Lorsque ce circuit a été bloqué, les souris étaient incapables de se souvenir dans quelle direction elles étaient censées tourner ensuite. La perturbation du circuit n’a cependant pas semblé altérer leur mémoire de l'endroit où ils se trouvent dans l'espace. “Il y a une vision émergente selon laquelle les ‘cellules de placement’ et les ‘cellules de temps’ organisent les souvenirs en cartographiant les informations sur l'hippocampe, décrit Chris MacDonald, chercheur au MIT et auteur principal de l’étude. Ce contexte spatial et temporel sert d'échafaudage qui nous permet de construire notre propre chronologie de souvenirs.”

En 2011, les chercheurs du MIT et de l'université de Boston, ont découvert des cellules qui gardent une trace du temps, dans une partie de l'hippocampe appelée CA1. Ils ont découvert que ces cellules présentent des schémas de déclenchement spécifiques liés au timing lorsque les souris sont entraînées à associer deux stimuli - un objet et une odeur - qui sont présentés avec un délai de 10 secondes. Lorsque le délai a été prolongé à 20 secondes, les cellules ont été capable de s’adapter. “C'est presque comme s'ils formaient une nouvelle représentation d'un contexte temporel, un peu comme un contexte spatial, précise Chris MacDonald. La vision émergente semble être que les cellules de lieu et de temps organisent la mémoire en mappant l'expérience à une représentation du contexte qui est définie par le temps et l'espace.”

CA2 en charge de l’espace

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont cherché quelles parties du cerveau peuvent alimenter les informations de synchronisation CA1. Certaines études antérieures ont suggéré qu'une partie proche de l'hippocampe, appelée CA2, pourrait être impliquée dans le suivi du temps. Pour étudier les liens entre CA2 et CA1, les chercheurs ont utilisé un modèle de souris dans lequel ils ont utilisé la lumière pour contrôler l'activité des neurones dans la région CA2. Ils ont entraîné les souris à exécuter un labyrinthe en huit dans lequel elles gagneraient une récompense en tournant à gauche et à droite à chaque fois qu'elles parcourent le labyrinthe. Entre chaque essai, elles ont couru sur un tapis roulant pendant 10 secondes et, pendant ce temps, elles ont dû se rappeler dans quelle direction elles ont tourné lors de l'essai précédent, afin de pouvoir faire le contraire lors de l'essai à venir. 

Lorsque les chercheurs ont désactivé l'activité CA2 alors que les souris étaient sur le tapis roulant, ils ont constaté que les souris n’ont pas réussi à exécuter les mêmes tâches, ce qui suggère qu'elles ne peuvent plus se souvenir dans quelle direction elles avaient tourné lors de l'essai précédent. “Lorsque les animaux fonctionnent normalement, il y a une séquence de cellules dans CA1 qui se désactive pendant cette phase de codage temporel, décrit Chris MacDonald. Lorsque vous inhibez le CA2, ce que vous voyez, c'est que le codage temporel de CA1 devient moins précis et plus étalé dans le temps. La souris devient déstabilisée.” 

Les informations peuvent fusionner ou se séparer en fonction de la tâche à accomplir

Lorsque les chercheurs ont utilisé la lumière pour inhiber les neurones CA2 pendant que les souris se faufilent dans le labyrinthe, ils ont trouvé peu d'effet sur les cellules CA1 qui permettent aux souris de se souvenir où elles se trouvent. “Les résultats suggèrent que les informations spatiales et temporelles sont codées par différentes parties de l'hippocampe, conclut le chercheur. Une chose qui est passionnante dans ce travail est l'idée que les informations spatiales et temporelles peuvent fonctionner en parallèle et peuvent fusionner ou se séparer à différents points du circuit, en fonction de ce que vous devez accomplir du point de vue de la mémoire.”

MacDonald prévoit maintenant des études supplémentaires sur la perception du temps, y compris la façon dont nous percevons le temps dans différentes circonstances et comment notre perception du temps influence notre comportement. Il aimerait également savoir si le cerveau a différents mécanismes pour garder une trace des événements séparés par des secondes et des événements séparés par des périodes beaucoup plus longues. “D'une manière ou d'une autre, les informations que nous stockons en mémoire préservent l'ordre séquentiel des événements sur des échelles de temps très différentes, et je suis très intéressé par la façon dont nous sommes capables de le faire”, se réjouit-il.

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