Auteur/autrice : Al

Le curieux engin de l’University College London se situe entre la sorcellerie scientifique et un terrifiant épisode du Black Mirror. Il pourrait bien avoir prouvé une théorie vieille de plusieurs décennies sur le fonctionnement du système GPS du cerveau pour se souvenir.

Laissez-moi vous dessiner un tableau : imaginez une souris qui fait son jogging sur une roue de course. Sa tête est maintenue fermement mais confortablement stable. Une « fenêtre » en verre transparent a remplacé une partie de son crâne. Une lentille de microscope et deux lasers sont suspendus au-dessus de la souris. Un grand dôme vidéo l’entoure, encapsulant presque entièrement son petit corps dans le dispositif de réalité virtuelle. Alors qu’elle court, regardant son environnement virtuel comme un joueur chevronné dans Ready Player One, les scientifiques observent ses neurones GPS impliqués dans la navigation qui font littéralement des étincelles de lumière sous le microscope.

Et comme si cela ne suffisait pas, voici le clou du spectacle : grâce à des lasers, l’équipe a pu pirater le système GPS du cerveau de la souris et le « transporter mentalement » vers un but virtuel. C’est comme si vous veniez de partir en quête d’un objet précieux dans un jeu de rôle. Soudain, des coups de laser sur votre cerveau vous font croire que vous avez déjà atteint le but de la quête. Vous essayez de cliquer pour ouvrir le coffre à outils, mais en vain, car en réalité vous êtes encore loin du but.

C’est fou, hein ? La froideur de ce dispositif de « contrôle mental » est suffisante pour entrer dans l’histoire de la neurotechnologie. Mais ce qui est encore plus stupéfiant, c’est qu’elle a peut-être finalement prouvé une théorie, récompensée par un prix Nobel, sur la façon dont notre cerveau relie des souvenirs spécifiques à l’endroit de l’espace où ils se sont produits (réel ou virtuel). Ce café où vous avez eu un super rendez-vous ? Ce lieu dans le Witcher où vous avez trouvé le précieux équipement de Mastercraft ? Nous saurons peut-être enfin comment cela est encodé dans le cerveau. L’étude a été publiée dans la prestigieuse revue Cell.

« Cette étude change la donne car elle montre que nous pouvons utiliser la lecture et l’écriture optiques de l’activité de certains neurones pour manipuler les souvenirs, ce qui nous permet de mieux comprendre et potentiellement d’améliorer comment l’activité des circuits neuronaux nous aide à prendre des décisions », a déclaré l’auteur principal, le Dr Michael Hausser, de l’University College London (UCL).

Lieux et espaces

Savoir où l’on se trouve dans l’espace est essentiel pour la vie. Où avez-vous garé votre voiture ? Où se trouve votre maison ? Où se trouve le café que vous aimiez déjà ?

Aussi simples que certaines de ces questions puissent paraître, les souvenirs spatiaux sont parmi les premiers à se désintégrer dans des troubles tels que la maladie d’Alzheimer. Elles montrent également à quel point l’espace est étroitement lié à la mémoire, en ce sens que notre cerveau a tendance à « fixer » des souvenirs spécifiques à un endroit particulier.

Il y a plusieurs décennies, le Dr John O’Keefe de l’UCL a dévoilé un phénomène étrange qui pourrait expliquer pourquoi il en est ainsi. L’hippocampe, une région profonde du cerveau bien connue pour l’encodage des souvenirs, abrite également des « cellules de localisation », des neurones qui s’activent pour traiter des emplacements dans l’espace.

Surnommées le système GPS du cerveau, les cellules de localisation sont un étrange groupe dispersé dans l’hippocampe. Chacune a sa propre « personnalité », en ce sens qu’elle ne se déclenche que lorsque l’animal comme la souris ou un rat se trouve à un endroit précis dans l’espace. En d’autres termes, les cellules de localisation semblent cartographier le monde qui nous entoure à mesure que nous apprenons à le parcourir et à former une « carte cognitive » dans notre cerveau. Ces cartes cérébrales abstraites peuvent ensuite nous guider vers notre objectif : le bureau de poste pour déposer notre courrier ou le jardin à bière pour un « happy hour » du vendredi. Les cellules de lieu ont été l’une des composantes du prix Nobel de physiologie 2014 pour avoir décodé le sens du lieu dans le cerveau.

Pourtant, une question a intrigué les scientifiques : étant donné que les cellules de lieu vivent parmi les circuits neuronaux qui codent la mémoire, comment les deux interagissent-elles ? Les cellules de lieu ne sont-elles qu’un atlas statique que nous gardons en mémoire ? Ou forment-elles une sorte de Google Maps adaptable qui nous permet d’étiqueter, de marquer d’une étoile et de poser une épingle à n’importe quel endroit, en pointant nos souvenirs ?

Faire la lumière sur la mémoire avec les lasers

La nouvelle étude a combiné deux méthodes extrêmement puissantes basées sur la lumière pour lire et écrire facilement dans le cerveau.

La première consiste à des protéines photosensibles appelées capteurs de calcium, qui peuvent être génétiquement ajoutées aux souris. Ces protéines parsèment l’extérieur des neurones comme des lumières détectant les mouvements et n’éclairent la cellule que lorsqu’elle devient active. Comme les cellules GPS s’activent lorsque la souris se déplace vers différents endroits virtuels, cela permet aux scientifiques d’identifier ces cellules.

La seconde est l’optogénétique. Ici, un ensemble différent de protéines photosensibles est inséré dans les mêmes neurones. Ces dernières agissent comme des interrupteurs plutôt que comme des ampoules. Lorsqu’ils sont zappés avec des lasers de différentes fréquences, les scientifiques sont capables d’allumer et d’éteindre ces interrupteurs. Cela permet d’activer ou de désactiver des neurones GPS spécifiques.

Le dernier élément était une installation de RV dans laquelle les souris couraient sur une roue en gardant leur tête stable. Comme les humains dans un jeu de RV, leur cerveau a traité l’environnement virtuel comme un chemin unique avec des maisons, des blocs et d’autres repères visuels comme une route du monde réel.

L’équipe a d’abord entraîné les souris à reconnaître un endroit précis, la zone de but sur le chemin virtuel tout en surveillant leurs cellules GPS actives. Une fois sur place, les souris ont appris à lécher trois fois un capteur pour obtenir un prix de l’eau sucrée. Cela a essentiellement permis de relier les neurones GPS actifs dans la zone de but virtuelle avec la mémoire de quelque chose de sucré.

Puis vint la sorcellerie. Si les cellules de localisation GPS sont chargées de localiser les souvenirs dans le cerveau, la réactivation artificielle de ces cellules devrait réactiver la mémoire, quel que soit l’endroit où se trouve réellement la souris dans l’espace virtuel et l’amener à se lécher les babines par anticipation.

C’est ce qui s’est passé, mais avec un rebondissement. Plutôt que de faire exploser tous les neurones GPS marqués à la lumière en même temps, l’équipe les a réactivés artificiellement dans cinq bacs, en se basant sur leur séquence normale. Cela revient à jouer des « touches de piano » neuronales sur une mélodie qui a un sens pour le cerveau, plutôt que de les marteler simultanément dans une cacophonie neurologique.

Cela a fonctionné comme un charme. Même lorsque la souris n’était pas dans sa zone de but virtuelle, dès que les scientifiques ont activé artificiellement les neurones GPS qui codaient pour la zone de but, la souris a commencé à se lécher les babines. En fait, l’équipe a pu transporter mentalement la souris jusqu’à son lieu de destination, quelle que soit sa perception de la réalité.

Et ce n’est pas tout. Au fur et à mesure que le nombre de zaps laser augmentait, le réseau cellulaire du GPS de la souris s’est « remappé », en ce sens qu’elle a cessé de se lécher autant dans la zone de but précédente. D’une certaine manière, l’équipe a artificiellement coupé la mémoire de la souris de l’eau sucrée de son emplacement réel précédent, et l’a plutôt recréée à un nouvel endroit grâce à un piratage intelligent du cerveau basé sur la lumière.

À première vue, ces résultats semblent insensés : ils suggèrent que nos précieux souvenirs sont épinglés sur une carte spatiale cognitive dans le cerveau. Il suffit d’activer un ensemble de cellules de localisation GPS, un peu comme un zoom sur un point de Google Map pour déclencher une mémoire si puissante que vous vous comporterez comme si vous reviviez ce souvenir.

Mais cela a du sens. Nous avons probablement tous fait l’expérience de passer devant un quartier familier où un coin de rue déclenche soudainement le souvenir d’un grand restaurant à proximité, provoquant les chutes du Niagara dans notre bouche et nous obligeant à les chercher.

Ce que l’étude montre, cependant, c’est qu’il n’y a pas de corrélation. Les cellules de lieu sont si puissantes que la composante « où » de nos souvenirs pourrait être remodelée en un lieu différent, si on lui donnait des outils neurotechniques puissants et précis.

Les cellules de localisation indiquent réellement à la souris où elle se trouve (l’emplacement cible), et les souris « écoutent » réellement leurs cellules de localisation lorsqu’elles prennent des décisions », a déclaré le premier auteur, le Dr Nick Robinson, de l’UCL.

L’étude est l’une des premières à établir un lien direct et définitif entre les cellules de localisation et la mémoire et la prise de décision dans le cerveau. Mais il y a tant de choses que nous ne savons pas encore. Quel est exactement la stratégie de codage électrique du cerveau ? Comment les cellules de localisation sont-elles connectées aux circuits de mémoire ? Et avec l’explosion actuelle des interfaces cerveau-ordinateur, pourrions-nous éventuellement accepter des expériences, basées sur des souvenirs et des lieux antérieurs, si puissantes qu’elles déforment notre réalité ?