Mécanisme cérébral identifié qui suit le mouvement angulaire de la tête pendant la navigation.
Pour naviguer avec succès dans un environnement, vous devez suivre en permanence la vitesse et la direction de votre tête, même dans l’obscurité. Des chercheurs du Sainsbury Wellcome Center de l’UCL ont découvert comment des individus et des réseaux de cellules dans une zone du cerveau appelée cortex rétrosplénial codent ce mouvement angulaire de la tête chez la souris pour permettre la navigation de jour comme de nuit.
« Lorsque vous êtes assis dans un train en mouvement, le monde passe devant votre fenêtre à la vitesse du mouvement de la voiture, mais les objets du monde extérieur se déplacent également les uns par rapport aux autres. L’un des principaux objectifs de notre laboratoire est de comprendre comment le cerveau utilise les informations externes et internes pour faire la différence entre les mouvements allocentriques et égocentriques. Cet article est la première étape pour nous aider à comprendre si les cellules individuelles ont réellement accès à la fois à l’auto-mouvement et, lorsqu’ils sont disponibles, aux signaux de mouvement visuels externes qui en résultent », a déclaré Troy Margrie, directeur associé du Sainsbury Wellcome Center et auteur correspondant de l’article. .
Dans l’étude, publiée aujourd’hui dans Neuron, les chercheurs de SWC ont découvert que le cortex rétrosplénial utilise des signaux vestibulaires pour coder la vitesse et la direction de la tête. Cependant, lorsque les lumières sont allumées, le codage du mouvement de la tête est nettement plus précis.
Une caricature du paradigme expérimental utilisé pour sonder les propriétés de réponse physiologique et les avantages perceptuels de la combinaison d’indices vestibulaires et visuels pendant l’auto-mouvement. Crédit : © Centre de bien-être Sainsbury
« Lorsque les lumières sont allumées, des repères visuels sont disponibles pour mieux estimer votre propre vitesse (à laquelle votre tête bouge). Si vous ne pouvez pas coder de manière très fiable la vitesse de rotation de votre tête, vous perdez très rapidement votre sens de l’orientation. Cela pourrait expliquer pourquoi, en particulier dans les nouveaux environnements, nous devenons bien moins bons à naviguer une fois les lumières éteintes », a déclaré Troy Margrie.
Pour comprendre comment le cerveau permet la navigation avec et sans repères visuels, les chercheurs ont enregistré des neurones à travers toutes les couches du cortex rétrosplénial alors que les animaux étaient libres de se déplacer dans une grande arène. Cela a permis aux neuroscientifiques d’identifier des neurones dans le cerveau appelés cellules de vitesse angulaire de la tête (AHV), qui suivent la vitesse et la direction de la tête.
Seppiedeh Keshavarzi, chercheur principal au Margrie Lab et auteur principal de l’article, a également enregistré à partir de ces mêmes neurones AHV dans des conditions de tête fixée pour permettre la suppression d’informations sensorielles/motrices spécifiques. En comparant des rotations angulaires très précises de la tête dans l’obscurité et en présence d’un repère visuel (grilles verticales), avec les résultats de la condition de mouvement libre, Sepedeh a pu déterminer le moment où les entrées vestibulaires seules peuvent générer des signaux de vitesse angulaire de la tête, leur sensibilité à la vitesse de mouvement de la tête est considérablement améliorée lorsque des informations visuelles sont disponibles.
« Alors que l’on savait déjà que le cortex rétrosplénial est impliqué dans l’encodage de l’orientation spatiale et de la navigation guidée par auto-mouvement, cette étude nous a permis d’examiner l’intégration à la fois au niveau du réseau et au niveau cellulaire. Nous avons montré qu’une seule cellule peut voir les deux types de signaux : vestibulaire et visuel. Ce qui était également d’une importance cruciale, c’était le développement d’une tâche comportementale qui nous a permis de déterminer que les souris améliorent leur estimation de la vitesse angulaire de leur propre tête lorsqu’un repère visuel est présent. Il est assez convaincant que le codage du mouvement de la tête et les estimations de la souris de leur vitesse de mouvement s’améliorent considérablement lorsque des repères visuels sont disponibles », a commenté Troy Margrie.
Les prochaines étapes consisteront à explorer les voies qui amènent les informations vestibulaires et visuelles au cortex rétrosplénial et où ces signaux pourraient être relayés. Nous savons maintenant qu’il existe, par exemple, une forte boucle de rétroaction avec le cortex visuel primaire qui reçoit également des signaux moteurs relatifs à la vitesse de course. De futures expériences conçues pour isoler et manipuler des types spécifiques d’activité neuronale nous informeront sur la façon dont le cortex écarte l’ambiguïté des signaux générés par les mouvements autonomes des signaux allocentriques, un processus essentiel à la façon dont nous naviguons dans un monde visuel complexe.
Référence : « Codage multisensoriel de la vitesse angulaire de la tête dans le cortex rétrosplénial » 15 novembre 2021, Neurone.
DOI : 10.1016/j.neuron.2021.10.031
Cette recherche a été financée par le Sainsbury Wellcome Center Core Grant de la Gatsby Charity Foundation (GAT3361) et Wellcome Trust (090843/F/09/Z et 214333/Z/18/Z).
