Chapitre 10 — Représentation cognitive de l’espace · Topic 1 · Leçon 1.1
Comment démontrer qu’un animal a une représentation mentale de l’espace ? La question a été posée dès 1948 par le psychologue américain Edward Tolman, qui a introduit le concept de « carte cognitive ». Grâce à des dispositifs expérimentaux comme le labyrinthe en étoile ou la piscine de Morris, on peut prouver que le rongeur ne mémorise pas simplement une séquence de gestes, mais construit une représentation allocentrée (indépendante de son point de vue) de l’environnement.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Comprendre le concept de carte cognitive (Tolman) ;
- Distinguer allocentré vs égocentré ;
- Décrire le principe de la piscine de Morris et du labyrinthe en étoile ;
- Comprendre en quoi ces expériences prouvent l’existence d’une carte mentale.
🧭 Plan de la leçon
- Le concept de carte cognitive (Tolman, 1948)
- Allocentré vs égocentré
- La piscine de Morris
- Le labyrinthe en étoile et le protocole de rotation
1. Le concept de carte cognitive (Tolman, 1948)
Edward Tolman (1948) observe que les rats entraînés à trouver une nourriture dans un labyrinthe peuvent :
- Emprunter un raccourci jamais utilisé auparavant ;
- Trouver la nourriture même si le point de départ est modifié ;
- Redécouvrir le but si le chemin habituel est bloqué.
Ces comportements flexibles ne peuvent pas s’expliquer par une simple chaîne de réflexes ou une séquence apprise de mouvements (« stimulus-réponse »). Tolman conclut que l’animal a construit une « carte cognitive » — une représentation interne de l’environnement, similaire à une carte géographique.
Cette hypothèse a bouleversé la psychologie comportementaliste dominante de l’époque et a jeté les bases des neurosciences cognitives.
2. Allocentré vs égocentré
| Référentiel | Origine | Exemple |
|---|---|---|
| Égocentré | Le sujet lui-même (« tourne à gauche ») | Suivre un GPS voix |
| Allocentré | Des repères externes (« va au nord ») | Lire une carte papier |
Une carte cognitive est allocentrée : l’animal encode les positions relatives des objets (nourriture, obstacles, murs) indépendamment de sa propre orientation. C’est ce qui lui permet de trouver le but depuis n’importe quel point de départ.
3. La piscine de Morris
La piscine de Morris (Richard Morris, 1981) est le test comportemental de référence pour évaluer la navigation spatiale du rongeur :
- Un rat est placé dans une piscine circulaire remplie d’eau opaque (blanche) ;
- Une plateforme cachée juste sous la surface offre un refuge (le rat n’aime pas nager) ;
- Des indices distaux sont placés sur les murs de la pièce (formes, couleurs) ;
- L’animal est lâché depuis différents points de départ à chaque essai.
Résultat : après quelques essais, le rat retrouve directement la plateforme, quel que soit son point de départ. Il ne peut pas mémoriser un chemin fixe : il a construit une carte mentale allocentrée de la piscine, avec la position de la plateforme par rapport aux indices distaux.
La piscine de Morris est utilisée dans des milliers d’études pour : évaluer les modèles animaux d’Alzheimer (souris transgéniques APP/PS1), tester les effets neurotoxiques (alcool, drogues, radiations), étudier le vieillissement cognitif, évaluer les traitements protégeant l’hippocampe. Un déficit à ce test signe une atteinte hippocampique.
4. Le labyrinthe en étoile et le protocole de rotation
Le labyrinthe radial (Olton, 1976) présente un axe central duquel partent 8 bras en étoile. À l’extrémité de certains bras est placée une récompense (nourriture) :
- Le rat visite les bras dans un ordre qui minimise les erreurs (mémoire de travail spatiale) ;
- Il apprend rapidement quels bras sont récompensés et lesquels ne le sont pas (mémoire de référence).
Un test crucial consiste à faire pivoter le dispositif tout entier de 90° ou 180° pendant que l’animal a les yeux couverts :
- Si l’animal utilise une stratégie égocentrée (« tourner à droite au 2e bras »), il fera systématiquement le mauvais choix ;
- Si l’animal utilise une stratégie allocentrée (« aller vers la fenêtre »), il continuera à trouver la récompense malgré la rotation.
Résultat expérimental : les rats corrigent leur trajet et se dirigent toujours vers les indices distaux — preuve directe d’une représentation allocentrée.
🧠 À retenir absolument
- Carte cognitive (Tolman, 1948) : représentation mentale de l’environnement, distincte d’une chaîne de réflexes.
- Allocentré (indices externes) vs égocentré (moi).
- Piscine de Morris : plateforme cachée + indices distaux. Le rat la retrouve depuis n’importe quel départ = preuve de carte allocentrée.
- Labyrinthe radial en étoile : mémoire de travail et de référence spatiales.
- Le protocole de rotation distingue stratégies allocentrées vs égocentrées.
- Bases cellulaires découvertes ultérieurement : cellules de lieu (hippocampe) et cellules de grille (cortex entorhinal) — cf. Topic 3.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi utilise-t-on une piscine avec de l’eau opaque ?
Deux raisons. L’eau opaque (obtenue en ajoutant de la peinture blanche non toxique) empêche l’animal de voir la plateforme submergée : il doit donc la retrouver par une carte mentale, pas par la vue directe. De plus, le rat n’aime pas nager : il est puissamment motivé à trouver le refuge, ce qui garantit un test comportemental fiable. Ce dispositif combine motivation forte et absence d’indice sensoriel direct — parfait pour tester la navigation spatiale.
Une souris avec un hippocampe lésé peut-elle apprendre la piscine de Morris ?
Non, ou très mal. Les lésions bilatérales de l’hippocampe entraînent un déficit majeur au test : la souris nage aléatoirement sans jamais construire de carte de la piscine. Ce déficit spécifique est un des arguments les plus forts pour la localisation hippocampique de la carte cognitive. En revanche, des tâches non spatiales (reconnaissance visuelle simple) restent préservées.
Comment mesure-t-on la performance d’un rat dans la piscine de Morris ?
Principalement par la latence (temps mis pour trouver la plateforme) et la trajectoire (longueur du trajet parcouru). On fait aussi des « tests de sonde » où la plateforme est retirée : le rat entraîné passe la majorité de son temps dans le quadrant où était la plateforme, ce qui prouve qu’il a mémorisé sa position spatiale (et pas seulement une stratégie de recherche).
Les humains ont-ils aussi une carte cognitive ?
Oui, très clairement. On a des cartes cognitives de notre appartement, de notre trajet domicile-travail, de notre ville. Elles sont plus détaillées et hiérarchisées que celles des rongeurs (avec des repères, des estimations de distance, des raccourcis potentiels), mais reposent sur des structures cérébrales homologues (hippocampe et cortex entorhinal). C’est ce qu’on verra en Leçon 1.2 avec les études d’imagerie chez l’humain.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.