Type de document : actualité publiée dans Science
Auteur : Catherine Offord
Extrait en français (traduction) : Les rats peuvent « imaginer » les endroits qu’ils ont déjà visités
Une étude sur la réalité virtuelle suggère que les rongeurs, comme les humains, sont capables de navigation mentale […]Des chercheurs rapportent aujourd’hui dans Science que les rats […] semblent capables d' »imaginer » qu’ils se déplacent dans des environnements mentaux. Des rongeurs entraînés à naviguer dans une arène virtuelle pouvaient, en échange d’une récompense, activer les mêmes schémas neuronaux que ceux qu’ils avaient montrés en se déplaçant, même lorsqu’ils étaient immobiles. Cela suggère que les rongeurs peuvent volontairement accéder à des cartes mentales de lieux qu’ils ont déjà visités. […]Les chercheurs pensent que les cartes mentales humaines sont encodées dans l’hippocampe, une région du cerveau impliquée dans la mémoire. Lorsque nous nous déplaçons dans un environnement, les cellules de cette région s’activent selon des schémas particuliers en fonction de l’endroit où nous nous trouvons. Lorsque nous revenons plus tard sur ces lieux, ou que nous pensons simplement à les visiter, les mêmes signatures de l’hippocampe sont activées.
Les rats encodent également des informations spatiales dans l’hippocampe. Mais il a été impossible d’établir s’ils ont une capacité similaire de navigation mentale volontaire en raison des défis pratiques que représente le fait d’amener un rongeur à penser à un endroit particulier sur indication […]. Dans leur nouvelle étude, Chongxi Lai, Albert Lee […] et leurs collègues ont trouvé un moyen de contourner ce problème en développant une interface cerveau-machine qui récompense les rats pour avoir navigué dans leur environnement en utilisant uniquement leur pensée.
L’équipe a d’abord conçu une arène de réalité virtuelle miniature et l’a affichée sur un écran entourant un tapis roulant sphérique, un peu comme la boule de commande d’une souris d’ordinateur. Les rats pouvaient se déplacer dans cette arène en courant sur le tapis roulant, et si les animaux se dirigeaient vers des objets particuliers dans l’arène, ils recevaient une récompense sucrée. Tout au long des pérégrinations des rats, l’équipe a mesuré l’activité cérébrale dans l’hippocampe des animaux.
Ensuite, Lai et ses collègues ont débranché le tapis roulant pour que les rats puissent toujours voir l’arène de réalité virtuelle, mais leur course n’a eu aucun impact. Au lieu de cela, l’équipe a relié l’écran à des relevés en temps réel de l’activité cérébrale des rats. En reproduisant l’activité cérébrale qu’ils avaient manifestée au cours des séances d’entraînement précédentes, les rats ont pu se diriger vers les lieux de récompense par la seule force de leur pensée. Certains se déplaçaient inutilement sur le tapis roulant, tandis que d’autres restaient immobiles.
Dans une autre version du dispositif, l’activité cérébrale des rats était utilisée pour contrôler l’emplacement d’une boîte sur l’écran plutôt que le mouvement des animaux dans l’arène. (Les chercheurs ont appelé cette expérience « Jedi », en référence aux pouvoirs télékinésiques de la Guerre des étoiles). Une fois de plus, l’équipe a constaté que les rats pouvaient réactiver des schémas neuronaux issus des séances d’entraînement pour diriger la boîte vers un objectif et obtenir une récompense. […]
Extrait en anglais (original) : Virtual reality study suggests that rodents, like humans, are capable of mental navigation.
[…] Rats […] seem to be able to “imagine” moving through mental environments, researchers report today in Science. Rodents trained to navigate within a virtual arena could, in return for a reward, activate the same neural patterns they’d shown while navigating—even when they were standing still. That suggests rodents can voluntarily access mental maps of places they’ve previously visited. […] Researchers think humans’ mental maps are encoded in the hippocampus, a brain region involved in memory. As we move through an environment, cells in this region fire in particular patterns depending on our location. When we later revisit—or simply think about visiting—those locations, the same hippocampal signatures are activated.
Rats also encode spatial information in the hippocampus. But it’s been impossible to establish whether they have a similar capacity for voluntary mental navigation because of the practical challenges of getting a rodent to think about a particular place on cue […]. In their new study, Chongxi Lai, […] Albert Lee and colleagues, found a way around this problem by developing a brain-machine interface that rewarded rats for navigating their surroundings using only their thoughts.
First, the team designed a miniature virtual reality arena and displayed it on a screen surrounding a spherical treadmill, a bit like the trackball of a computer mouse. Rats could scamper through this arena by running on the treadmill, and if the animals navigated to particular objects in the arena, they’d receive a sugary reward. Throughout the rats’ wanderings, the team measured brain activity in the animals’ hippocampus.
Next, Lai and colleagues disconnected the treadmill so that the rats could still see the virtual reality arena, but their running had no impact. Instead, the team hooked up the display to real-time readings of the rats’ brain activity. By reproducing the brain activity they’d showed during the previous training sessions, the rats could navigate to reward locations using just their thoughts. Some scampered futilely on the treadmill as they did so, but others remained still.
In another version of the setup, the rats’ brain activity was used to control the location of a box on the screen rather than the animals’ own movement in the arena. (The researchers call this the “Jedi” experiment, after the telekinetic powers in Star Wars.) Once again, the team found that the rats could reactivate neural patterns from the training sessions to steer the box toward a goal and earn a reward. […]
