Les neurobiologistes de l'Université Ludwig Maximilian de Munich présentent une nouvelle théorie sur l'origine des cellules de grille nécessaires à l'orientation spatiale dans le cerveau des mammifères, qui attribue un rôle vital à la synchronisation des trains de signaux qu'ils reçoivent des neurones appelés cellules de lieu.

Les cellules nerveuses du cerveau appelées cellules de lieu et cellules de grille, respectivement, jouent un rôle crucial dans la navigation spatiale chez les mammifères. Les cellules de lieu individuelles de l'hippocampe ne répondent qu'à quelques emplacements spatiaux. Les mailles du complexe entorhinal, d'autre part, tirer sur plusieurs positions dans l'environnement, de telle sorte que des ensembles spécifiques soient activés consécutivement lorsqu'un animal traverse son habitat. Ces schémas d'activation donnent lieu à une carte virtuelle, composé d'un arrangement hexagonal de cellules de grille qui reflètent les distances relatives entre des points de repère particuliers dans le monde réel. Le cerveau est donc capable de construire une carte virtuelle qui code sa propre position dans l'espace.

Le prix Nobel de médecine et de physiologie 2015 a été décerné aux découvreurs de ce système, qui a été appelé le GPS du cerveau. Cependant, la relation de développement entre les cellules de lieu et les cellules de la grille, ainsi que le mécanisme d'origine des mailles et leur disposition dans les réseaux hexagonaux restent flous. Maintenant, les neurobiologistes du LMU, le professeur Christian Leibold et son collègue Mauro Miguel Monsalve Mercado, ont proposé un nouveau modèle théorique, qui pour la première fois fournit un modèle plausible basé sur des processus biologiques connus. Le modèle implique que le développement des cellules de la grille et de leurs champs de réponse dépendent de l'entrée synaptique des cellules de lieu. Les nouvelles découvertes sont décrites dans la revue Lettres d'examen physique .

Les auteurs du nouvel article attribuent un rôle central dans leur modèle aux corrélations dans le calendrier des séquences de réponse neuronale générées par différentes cellules de lieu. Les membres de ces groupes deviennent actifs lorsque l'animal atteint certains endroits dans l'espace, et ils transmettent les impulsions nerveuses dans des séquences temporelles précisément coordonnées, qui suivent une rythmique particulière, et coder ainsi des distances spatiales relatives. Leibold et Monsalve Mercado ont utilisé une règle d'apprentissage neuronal classique, connue sous le nom de règle de Hebb, analyser les corrélations temporelles entre les schémas de tir des cellules de lieu et l'organisation des cellules de la grille. La règle de Hebb stipule que l'activation répétée de deux neurones fonctionnellement couplés en succession rapide améliore progressivement l'efficacité de la transmission synaptique entre eux. En appliquant ce concept de plasticité synaptique dépendante de l'activité aux schémas de déclenchement temporels corrélés des cellules de lieu, les auteurs peuvent expliquer la formation des dispositions hexagonales des mailles observées chez les mammifères en navigation libre.

« Les modèles proposés jusqu'à présent pour expliquer le développement des cellules de grille sur la base de l'entrée des cellules de lieu n'étaient pas spécifiques quant aux mécanismes biologiques sous-jacents précis. Nous avons maintenant, pour la première fois, pu construire un modèle cohérent de l'origine des mailles en utilisant des mécanismes biologiques connus, " explique Christian Leibold. Le nouveau modèle implique que les cellules de grille sont générées par un processus d'apprentissage neuronal. Ce processus exploite la plasticité synaptique pour transformer la signalisation temporelle coordonnée entre les cellules de lieu en motifs hexagonaux de réponses de cellules de grille observées dans le complexe entorhinal. Le modèle prédit donc que les cellules de la grille devraient d'abord apparaître dans les couches profondes du cortex entorhinal.