Chapitre 10 — Représentation cognitive de l’espace · Topic 1 · Leçon 1.2
Chez l’humain, on ne peut pas implanter d’électrodes intracérébrales (sauf cas cliniques rares). L’étude des cartes cognitives repose principalement sur l’imagerie fonctionnelle (IRMf) et sur les lésions naturelles (AVC, tumeurs, chirurgies). L’étude princeps de Eleanor Maguire (2000) sur les chauffeurs de taxi londoniens a démontré, de façon spectaculaire, l’implication de l’hippocampe dans la navigation spatiale humaine.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Identifier les aires cérébrales impliquées dans la navigation humaine ;
- Comprendre le principe de l’IRMf ;
- Connaître l’étude princeps de Maguire ;
- Identifier les cas cliniques de désorientation (patients lésionnels).
🧭 Plan de la leçon
- Aires cérébrales de la navigation humaine
- Principe de l’IRMf
- L’étude Maguire (2000) sur les chauffeurs de taxi
- Patients lésionnels et désorientation topographique
1. Aires cérébrales de la navigation humaine
La navigation spatiale humaine mobilise un réseau incluant :
- Hippocampe (dans le lobe temporal médial) : cœur du système, contient les cellules de lieu ;
- Cortex entorhinal (adjacent à l’hippocampe) : cellules de grille, métrique spatiale ;
- Cortex parahippocampique (aire des scènes, PPA) : reconnaissance des lieux ;
- Cortex pariétal postérieur : intégration spatiale et représentation égocentrée ;
- Cortex préfrontal : planification des trajets, prise de décision.
C’est un système distribué, pas une aire unique. L’hippocampe est central, mais toute l’orchestration nécessite le réseau complet.
2. Principe de l’IRMf
L’IRMf mesure indirectement l’activité neuronale par le biais du signal BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) :
- Un neurone actif consomme plus d’O2 ;
- Le débit sanguin local augmente en compensation (couplage neurovasculaire) ;
- Le rapport oxyhémoglobine/désoxyhémoglobine change (l’oxyhémoglobine est diamagnétique, la désoxyhémoglobine paramagnétique) ;
- L’IRM détecte cette variation → carte d’activité cérébrale.
Résolution : spatiale de ~1-3 mm, temporelle de ~1-2 s. Excellente pour cartographier les régions actives, mais loin de l’échelle du neurone unique.
Pour étudier la navigation en IRMf, on utilise des environnements virtuels 3D (jeux vidéo type Duke Nukem, Sims, ou villes reconstruites) dans lesquels le sujet allongé dans l’IRM navigue avec un joystick. On compare l’activité cérébrale entre navigation active et exploration passive, ou entre trajets connus vs nouveaux. C’est ce qu’ont utilisé Maguire et son équipe pour mettre en évidence l’activation hippocampique lors de la navigation.
3. L’étude Maguire (2000) sur les chauffeurs de taxi
Eleanor Maguire et son équipe (University College London) ont publié en 2000 (PNAS) une étude princeps sur les chauffeurs de taxi londoniens :
- Les taxis londoniens doivent passer « The Knowledge » : un examen extrêmement difficile où ils doivent mémoriser les 25 000 rues de Londres et pouvoir tracer un itinéraire optimal entre n’importe quels deux points. Cet apprentissage dure ~4 ans ;
- Maguire a comparé la morphologie hippocampique (IRM structurale) entre taxis londoniens et sujets contrôles.
Résultat spectaculaire : les chauffeurs de taxi ont un hippocampe postérieur significativement plus volumineux que les contrôles. Et le volume est corrélé au nombre d’années d’expérience ! C’est une preuve directe de plasticité cérébrale adulte.
Cette étude a été fondamentale car elle a démontré, chez l’humain adulte, une modification structurale du cerveau liée à un apprentissage complexe. Elle a alimenté toute la littérature sur la plasticité cérébrale (« use it or lose it ») et sur l’importance de l’entraînement cognitif dans le vieillissement. Elle a valu à Maguire une reconnaissance internationale et notamment le prix Ig Nobel 2003 (avec sérieux) !
4. Patients lésionnels et désorientation topographique
Le célèbre patient H.M. (Henry Molaison, 1926-2008) a été opéré en 1953 pour une épilepsie temporale sévère : résection bilatérale des lobes temporaux médiaux (hippocampes inclus). Résultat :
- Amnésie antérograde massive (incapacité à former de nouveaux souvenirs) ;
- Désorientation topographique majeure (incapable d’apprendre le plan d’un nouvel appartement) ;
- Fonctions cognitives préservées par ailleurs (langage, QI, mémoire de travail).
H.M. a été étudié pendant 55 ans et a permis d’établir de façon irréfutable le rôle de l’hippocampe dans la mémoire épisodique et spatiale.
Des lésions ciblées (AVC, tumeurs) du cortex parahippocampique ou du splénium du corps calleux peuvent donner une désorientation topographique spécifique : le patient se perd dans des lieux familiers, ne reconnaît plus les paysages, mais garde des fonctions cognitives normales. Différent de l’agnosie visuelle (il reconnaît les objets) ou de l’amnésie globale.
🧠 À retenir absolument
- Réseau cérébral de la navigation : hippocampe + cortex entorhinal + parahippocampique + pariétal + préfrontal.
- IRMf : signal BOLD (couplage neurovasculaire), résolution ~1-3 mm / ~1-2 s.
- Paradigmes de navigation virtuelle pour étudier la navigation en scanner.
- Maguire (2000) : chauffeurs de taxi londoniens ont un hippocampe postérieur plus volumineux, corrélé aux années d’expérience → plasticité cérébrale adulte.
- Patient H.M. : résection bilatérale des lobes temporaux médiaux → amnésie antérograde + désorientation. Prouve le rôle de l’hippocampe.
- Désorientation topographique = lésion parahippocampique ou splénium du corps calleux.
❓ Questions fréquentes
Le GPS peut-il rétrécir notre hippocampe ?
Question sérieuse posée par des travaux récents. Plusieurs études d’IRM suggèrent que les utilisateurs intensifs de GPS développent moins leur hippocampe que ceux qui naviguent « à la carte mentale ». Une étude de McGill (2020) a même montré des différences dès quelques mois d’utilisation. Le mécanisme serait similaire à Maguire mais à l’envers : moins on entraîne l’hippocampe, moins il se développe. Ce n’est pas anodin, car un hippocampe atrophié est un facteur de risque d’Alzheimer.
Peut-on enregistrer des cellules de lieu chez l’humain ?
Oui, mais uniquement dans le cadre restreint de patients épileptiques implantés avec des électrodes intracérébrales pour localiser leur foyer. Des équipes (notamment celle de Itzhak Fried à UCLA) ont publié des enregistrements de cellules hippocampiques humaines qui présentent, comme chez le rat, des champs de lieu dans les environnements virtuels. Cela a confirmé que les mécanismes découverts chez le rongeur s’appliquent aussi à l’humain.
Pourquoi Maguire a-t-elle choisi les taxis plutôt qu’une autre profession ?
Parce que les taxis londoniens sont un modèle idéal : une population homogène (majoritairement des hommes d’âge similaire) qui doit acquérir sans aide un savoir spatial extrêmement dense (« The Knowledge » couvre 25 000 rues et 20 000 points d’intérêt), et cet apprentissage est mesuré avec précision par les années d’expérience. C’est un « quasi-expérimental » idéal pour tester la plasticité hippocampique adulte. Elle a également comparé taxis vs conducteurs de bus (qui suivent des trajets fixes) et n’a trouvé la différence hippocampique que chez les taxis.
La désorientation d’Alzheimer est-elle liée au même mécanisme que H.M. ?
Partiellement, mais plus complexe. La maladie d’Alzheimer débute par des dépôts de protéine tau dans le cortex entorhinal (couches II-III), puis progresse vers l’hippocampe et le néocortex (progression stéréotypée de Braak). Comme le cortex entorhinal contient les cellules de grille (métrique spatiale), sa dégénérescence explique la désorientation inaugurale d’Alzheimer, souvent avant même les troubles mnésiques déclaratifs. C’est le thème central de la Leçon 3.3.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.