Le Nobel au «GPS de notre cerveau»

Récompense Le Prix Nobelde médecine 2014a été attribué à trois spécialistesde l’orientation spatiale

Ils ont mis au jour les structures cérébrales impliquées dans la capacité à se repérerdans l’environnement

Comment sait-on où on se trouve? Et comment détermine-t-on le chemin pour se rendre d’un point à un autre? Notre capacité d’orientation est au centre du Prix Nobel de physiologie ou médecine 2014, annoncé lundi 6 octobre depuis la capitale de la Suède, Stockholm. Les trois lauréats, l’Américano-Britannique John O’Keefe et le couple de Norvégiens May-Britt et Edvard Moser, ont été récompensés pour leurs découvertes sur le système de positionnement spatial de notre cerveau, un ensemble de structures que le comité Nobel compare à un «GPS interne».

Né en 1939 à New York, John O’Keefe a effectué sa carrière au University College de Londres, où il travaille d’ailleurs toujours. Dès les années 1970, il a identifié des cellules nerveuses impliquées dans la localisation spatiale chez les rats. Il s’est rendu compte que ces neurones, situés dans une zone du cerveau liée à la mémoire et appelée hippocampe, ne s’activaient que lorsque les rats se trouvaient dans un endroit spécifique de leur environnement. A chaque lieu fréquenté par les rats correspondait un groupe de ces neurones baptisés «cellules de lieu», le tout formant une cartographie interne au cerveau des rongeurs. «Avec ces travaux, John O’Keefe a fait figure de précurseur: il a ouvert la voie à toute une série de travaux sur les bases neurales de la cognition spatiale», indique Etienne Save, neuroscientifique spécialisé dans ce domaine d’études à l’Université Aix-Marseille.

Les recherches de May-Britt et Edvard Moser, cinquième couple de l’histoire à recevoir un Prix Nobel, sont plus récentes. En 2005, ces chercheurs de l’Université de sciences et technologie de Trondheim ont mis au jour un nouveau type de neurones participant au système de positionnement du cerveau, localisés dans une structure proche de l’hippocampe, le cortex entorhinal. Ces neurones, dits «cellules-grilles», s’activaient chez les rats tandis qu’ils se déplaçaient dans différents endroits de leur environnement.

Plus étonnant, les scientifiques norvégiens ont observé que les différents lieux qui activaient ces neurones, si on les reliait entre eux, formaient un hexagone! «Ces cellules-grilles constituent des structures stables qui sont utilisées par les rats durant leurs déplacements. Elles leur donnent une appréciation des distances entre les lieux et leur permettent de se repérer par rapport à des indices, explique Etienne Save. Cette découverte complètement inattendue a révélé que les mécanismes de l’orientation étaient beaucoup plus complexes qu’imaginé jusqu’alors.»

Par la suite, les Moser ont montré que leurs «cellules-grilles» fonctionnaient en collaboration avec encore deux autres types de neurones liés à l’orientation, découverts au cours des années précédentes: des neurones impliqués dans l’orientation de la tête des rats et d’autres permettant aux rongeurs de repérer les parois qui les entourent. «Ces différentes cellules nerveuses, toutes situées dans le cortex entorhinal, forment un circuit avec les cellules de lieu de l’hippocampe et constituent ainsi un système de positionnement complet», a souligné le comité Nobel dans un communiqué.

Les rongeurs ne sont pas les seuls animaux à bénéficier d’un tel équipement; des études ont depuis confirmé l’existence des cellules de lieu et de cellules-grilles dans le cerveau des différents mammifères, et notamment chez les êtres humains. Le système semble avoir été particulièrement bien conservé au cours de l’évolution.

Au-delà de leur aspect fondamental, ces travaux pourraient aussi servir à mieux comprendre les pathologies de l’orientation, et en particulier la maladie d’Alzheimer. Les personnes concernées présentent en effet des lésions de l’hippocampe et du cortex entorhinal, associées à une perte de la capacité à se repérer dans leur environnement. «Ces nouvelles connaissances sur le système de positionnement du cerveau aident à identifier les mécanismes qui sous-tendent la perte de mémoire dévastatrice affectant les malades d’Alzheimer», relève ainsi le comité Nobel.

Le système semble donc avoir été particulièrement bien conservé au coursde l’évolution