Des rats immobiles, corps figé sur un tapis roulant, qui déplacent un objet dans un espace virtuel en pensant simplement à un endroit précis. Pas de pattes, pas de mouvement. Juste une activité neuronale, traduite en temps réel par une machine. Cette expérience, publiée en novembre 2023 dans la revue Science par une équipe du Janelia Research Campus de l’Institut médical Howard Hughes (HHMI), remet en cause une frontière que la neurologie croyait fermement tracée : celle de l’imagination spatiale volontaire, supposée réservée à l’humain.

Sommaire

1. Un cerveau qui se balade sans bouger
2. L’expérience : un détecteur de pensées en temps réel
3. Ce que ça change pour la neurologie
4. La frontière de l’imagination, à redessiner

Un cerveau qui se balade sans bouger

Quand les rongeurs vivent des situations ou visitent des lieux, des schémas d’activité neuronale spécifiques s’activent dans l’hippocampe, zone du cerveau responsable de la mémoire spatiale. Rien de surprenant là-dedans : on savait depuis longtemps que les rats, comme nous, encodent les environnements sous forme de cartes mentales. Ce que l’on ignorait, c’est s’ils pouvaient accéder volontairement à ces cartes sans bouger.

La nouvelle étude démontre que les rats peuvent générer volontairement ces mêmes schémas d’activité pour rappeler des emplacements distants de leur position actuelle. Chongxi Lai, auteur principal des travaux, le formule sans détour : « Même si son corps physique est immobile, ses pensées spatiales peuvent se rendre dans un endroit très éloigné. »

La capacité à simuler des scénarios dans son esprit est une marque de l’intelligence, car elle permet d’évaluer des expériences passées et des plans futurs. Jusqu’à cette étude, on pensait cette capacité l’apanage des grands primates et de quelques espèces cognitives d’exception. Les rats, souvent cantonnés dans l’imaginaire collectif à des créatures réactives et instinctives, viennent de franchir ce seuil.

L’expérience : un détecteur de pensées en temps réel

Pour déterminer si les rats possèdent réellement cette forme d’imagination, l’équipe a développé un « décodeur de pensée » en temps réel : une interface cerveau-machine combinée à un système de réalité virtuelle à 360°, établissant un lien direct entre l’activité électrique de l’hippocampe et la position des animaux dans l’espace virtuel.

Le principe est aussi élégant que redoutable. L’interface permet aux chercheurs de détecter les pensées des rats en mesurant l’activité neuronale dans l’hippocampe et en la traduisant en position dans l’arène de réalité virtuelle. Concrètement : si le rat « pense » à un coin précis de l’environnement virtuel qu’il a précédemment exploré, un avatar ou un objet se déplace vers ce coin, sans que l’animal ne fasse quoi que ce soit physiquement.

Les rongeurs ont d’abord formé une carte hippocampique d’un environnement virtuel, puis, en mode interface cerveau-machine, ils ont démontré leur capacité à activer des représentations de cet environnement correspondant à des emplacements distants spécifiques, ce qui déplaçait soit eux-mêmes, soit un objet vers des objectifs spatiaux. Ils pouvaient maintenir une représentation hippocampique d’un lieu distant pendant plusieurs dizaines de secondes, rappelant l’imagination ou le voyage mental temporel chez l’humain.

Plusieurs dizaines de secondes. C’est le détail qui frappe. Ils étaient capables de maintenir une activité spécifique à un lieu pendant plusieurs secondes, un laps de temps comparable à celui de l’humain. Ce n’est pas un éclair réflexe, c’est une pensée soutenue, orientée vers un but.

Ce que ça change pour la neurologie

Ces résultats montrent que les interfaces cerveau-machine peuvent être utilisées pour étudier des tâches cognitives complexes associées à l’imagination et au rappel mémoriel, alors qu’auparavant ces interfaces servaient essentiellement à étudier des activités motrices. C’est un glissement de paradigme discret mais considérable : on passe des prothèses qui compensent un mouvement manquant à des systèmes qui « lisent » une intention, une représentation abstraite du monde.

La question des prothèses neurologiques de haute précision s’ouvre autrement. Ces travaux fournissent un éclairage sur les mécanismes sous-jacents au rappel de la mémoire épisodique, à la simulation et à la planification mentales, et ouvrent des possibilités pour des prothèses neurales de haut niveau utilisant les représentations hippocampiques. Un patient souffrant d’un AVC sévère, ou une personne atteinte d’une lésion de la moelle épinière, pourrait théoriquement contrôler son environnement non pas en « pensant à bouger » mais en « pensant à un lieu ».

Cette capacité à imaginer des emplacements éloignés de sa position actuelle est fondamentale pour se souvenir d’événements passés et envisager des scénarios futurs. Les cliniciens qui travaillent sur la maladie d’Alzheimer y voient déjà une piste : si l’on peut cartographier précisément quels schémas hippocampiques s’effondrent en premier, on dispose d’un marqueur neurologique d’une finesse inédite.

La frontière de l’imagination, à redessiner

Albert Lee, l’un des directeurs du laboratoire, résume l’enjeu avec une franchise désarmante : « Imaginer est l’une des choses remarquables que les humains peuvent faire. » Mais cette étude impose le reste de la phrase, qu’il ajoute lui-même : ils l’ont maintenant trouvé chez l’animal, et ils ont trouvé le moyen de l’étudier.

Le projet a mis neuf ans à aboutir. Il a débuté lorsque Chongxi Lai est arrivé à Janelia en tant qu’étudiant diplômé avec l’idée de tester si un animal pouvait penser. Son directeur Tim Harris lui a suggéré de collaborer avec Albert Lee, dont le laboratoire posait des questions similaires. Neuf ans de mise au point pour quelques secondes de « pensée spatiale » chez un rongeur équipé d’électrodes. Le ratio effort-résultat peut sembler absurde. Il ne l’est pas.

Ce qui rend l’étude difficile à relativiser, c’est précisément la rigueur de son protocole. Comme le souligne l’étude elle-même, « nous ne pouvons pas simplement demander aux animaux d’imaginer des scénarios ». Toute la sophistication du dispositif sert à contourner cette impossibilité, à rendre observable ce qui, par définition, ne se voit pas. L’imagination des rats n’était pas invisible parce qu’elle n’existait pas. Elle l’était parce qu’on n’avait pas encore l’outil pour la lire.

Sources : gurumed.org | hamelin.info