Neural Dissociation of Cognitive Maps and Graphs in the Human Brain
En utilisant l'IRMf et une manipulation orthogonale des distances spatiales et expérientielles, cette étude démontre que le cerveau humain dissocie les cartes cognitives des graphes en représentant la proximité spatiale euclidienne dans le sillon intrapariétal et la contiguïté expérientielle par chemin le plus court dans la région hippocampique/parahippocampique et les aires corticales sélectives de scènes.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
L'esprit humain possède une capacité remarquable à organiser l'information, transformant un monde chaotique en un paysage mental structuré. Deux des manières les plus fondamentales dont nous le faisons sont à travers les cartes et à travers les graphes. Une carte cognitive est comme un instantané mental d'un lieu, disposant les objets en fonction de leur emplacement physique dans l'espace, où la distance entre deux objets est mesurée par une ligne droite. Un graphe cognitif, en revanche, est un réseau mental de connexions, reliant les éléments en fonction de la façon dont nous passons de l'un à l'autre, où la distance est définie par le chemin parcouru pour y parvenir. Pendant des décennies, les scientifiques ont débattu de la manière dont le cerveau traite ces deux formes distinctes de connaissances. Parce que nos expériences quotidiennes fusionnent souvent les deux — des lieux qui sont proches dans l'espace sont généralement aussi proches dans les parcours que nous empruntons — les chercheurs ont eu du mal à déterminer si le cerveau utilise un système unique pour les deux ou des systèmes séparés pour chacun. Comprendre cette distinction est crucial, car elle révèle l'architecture de base de la mémoire humaine et la façon dont nous naviguons non seulement dans les espaces physiques, mais aussi dans les idées complexes et les relations sociales.
Une équipe de chercheurs de l'Institut Max Planck pour les sciences cognitives et cérébrales humaines et de l'Université de Trente a maintenant apporté une réponse claire à cette question en concevant une expérience ingénieuse qui sépare ces deux types de distance. Ils ont créé un monde virtuel contenant huit monuments uniques connectés par un réseau spécifique de chemins. Dans cet environnement, ils ont conçu une situation où deux lieux pouvaient être physiquement proches l'un de l'autre en ligne droite, tout en étant éloignés en termes de trajet nécessaire pour aller de l'un à l'autre, car les chemins de connexion n'existaient pas. Inversement, deux lieux pouvaient être éloignés en ligne droite mais facilement accessibles via un chemin court et direct. Cette configuration leur a permis de tester si le cerveau traite la distance en ligne droite et la distance de trajet comme des informations distinctes.
Soixante et un volontaires ont passé une journée à apprendre cet environnement virtuel. Ils ont navigué à travers celui-ci du point de vue de la première personne, marchant le long des chemins et observant les monuments, tout en étant capables de voir l'espace ouvert autour d'eux. Pour s'assurer qu'ils avaient véritablement appris à la fois la disposition de l'espace et les connexions des chemins, les participants ont passé des tests où ils devaient estimer les distances et choisir les itinéraires les plus courts. Une fois qu'ils ont démontré qu'ils comprenaçaient l'environnement, ils sont entrés dans un scanner IRM. À l'intérieur de la machine, on leur a montré des images des monuments et on leur a demandé de se rappeler l'emplacement et les connexions de chacun d'eux. Pendant qu'ils faisaient cela, les chercheurs ont utilisé une technique appelée analyse de similitude de représentation pour observer les modèles d'activité cérébrale. Cette méthode vérifie si la réponse du cerveau à deux monuments différents est plus similaire lorsque ces monuments sont proches dans la carte ou lorsqu'ils sont proches dans le réseau de chemins.
Les résultats ont révélé une division du travail frappante dans le cerveau. Les chercheurs ont découvert que les distances de type carte, en ligne droite, étaient représentées dans une zone spécifique à l'arrière du cerveau connue sous le nom de sillon intrapariétal. Cette région est connue pour traiter l'information spatiale et visualiser les configurations. En revanche, les distances basées sur le trajet, de type graphe, étaient représentées dans un autre ensemble de zones, incluant l'hippocampe et les régions environnantes qui sont typiquement actives lorsque nous observons des scènes ou naviguons sur des itinéraires. L'hippocampe, une structure profonde du cerveau souvent associée à la mémoire, a montré des modèles d'activité qui suivaient le chemin le plus court entre les lieux, mais il ne semblait pas suivre la distance en ligne droite. Cela suggère que l'hippocampe est spécialisé pour organiser les expériences en fonction de la façon dont nous les traversons, plutôt que de l'endroit où les choses se situent dans un espace statique.
L'étude a également examiné d'autres parties du cerveau impliquées dans la reconnaissance de scènes, telles que l'aire parahippocampique de la place. Ces zones, qui nous aident habituellement à reconnaître la disposition d'une pièce ou d'un paysage, ont également montré des modèles d'activité liés aux connexions de chemins entre les lieux. Cette découverte suggère que le système de traitement des scènes du cerveau travaille étroitement avec le système de mémoire pour construire un graphe de nos expériences. Pendant ce temps, la zone responsable de la représentation de type carte est restée distincte, ne montrant aucun signe de suivi des connexions de chemins. Les chercheurs ont veillé à écarter la possibilité que ces résultats soient simplement dus aux formes des monuments ou à d'autres caractéristiques visuelles, confirmant que le cerveau traitait bien les concepts abstraits de distance spatiale et de distance de trajet de manière séparée.
Ces découvertes offrent une nouvelle perspective sur un débat de longue date en neurosciences concernant la fonction de l'hippocampe. Alors que des théories antérieures suggéraient que l'hippocampe agit comme une carte universelle de l'espace, cette étude suggère qu'il est plus précisément décrit comme un système d'organisation de la séquence de nos expériences. Le cerveau semble maintenir deux manières parallèles de connaître : une carte dans le cortex pariétal qui détient la configuration du monde dans son ensemble, et un graphe dans l'hippocampe et les zones de traitement des scènes qui enregistre le voyage et les connexions entre les événements. Cette séparation nous permet de comprendre notre environnement à la fois comme un lieu fixe et comme une série d'histoires que nous avons vécues, fournissant une base plus riche et plus flexible pour la pensée et la mémoire humaines.
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