Des cellules de lieu dans le cerveau utilisent des ondes theta multiplexées pour naviguer grâce à des indices externes et internes Les cellules de lieu, des neurones spécialisés dans l’hippocampe, s’activent lorsqu’un animal se trouve dans une localisation précise de son environnement. Leur activité n’est pas aléatoire : elle est organisée selon des oscillations theta, des rythmes cérébraux compris entre 7 et 9 Hz chez les rats. Ces ondes régulent non seulement le moment où les cellules de lieu déclenchent leurs potentiels d’action, mais aussi la manière dont elles intègrent les informations spatiales. Des chercheurs de l’Université Johns Hopkins ont mené une étude révolutionnaire publiée dans Nature Neuroscience, qui révèle que les cellules de lieu utilisent un mécanisme appelé « codage multiplexé par phase theta » pour traiter simultanément deux types d’informations spatiales : les indices externes (comme les repères visuels) et les indices internes liés au mouvement propre (idiothétiques). Ce codage permet au cerveau de construire une carte mentale dynamique de l’environnement. L’équipe a utilisé un système de réalité virtuelle unique appelé le Dome, une structure en forme de planétarium qui permet aux rats de se déplacer dans un environnement virtuel tout en étant physiquement en mouvement sur une table circulaire. En contrôlant le déplacement des repères visuels par rapport au mouvement réel du rat, les chercheurs ont pu dissocier les signaux externes des signaux internes. Ainsi, ils ont pu induire des illusions de vitesse ou de direction, permettant d’étudier comment chaque type d’information influence l’activité des cellules de lieu. Les résultats montrent que deux processus fondamentaux liés à la phase theta sont influencés différemment par ces deux types de cues. La précession de phase, qui anticipe les positions futures du rat, persiste même lorsque les repères visuels ne correspondent pas à son mouvement réel. En revanche, la répétition de phase — qui réactive les positions déjà parcourues — disparaît quand l’information de mouvement interne ne correspond pas à la réalité, indiquant que le cerveau doit alors recalculer sa position en fonction de nouvelles données. Ces observations soutiennent une théorie établie depuis plus de vingt ans, selon laquelle la moitié tardive du cycle theta sert à prédire l’avenir spatial, tandis que la moitié précoce sert à encoder les informations récentes. Le cerveau alterne donc ces deux fonctions toutes les 125 ms environ, en intégrant à la fois les repères visuels et les informations de mouvement pour maintenir une carte spatiale précise. Les chercheurs, dirigés par James Knierim et Yotaro Sueoka, soulignent que l’hippocampe reçoit des inputs de nombreuses régions cérébrales. L’étape suivante consiste à enregistrer ces régions amont pour comprendre comment elles transforment les signaux externes et internes avant de les transmettre à l’hippocampe. Ces recherches pourraient non seulement éclairer les mécanismes de la navigation, mais aussi inspirer de nouvelles architectures pour les systèmes d’intelligence artificielle et les robots autonomes. Enfin, comme l’hippocampe joue un rôle clé dans la formation des souvenirs épisodiques, ces découvertes pourraient aider à mieux comprendre les déficits spatiaux et mnésiques observés dès les premiers stades de la maladie d’Alzheimer. Comprendre comment le cerveau construit des cartes mentales pourrait ainsi ouvrir la voie à de nouvelles approches thérapeutiques.