Cellule de lieu

Les cellules de lieu sont des neurones de l'hippocampe dont le champ récepteur (dit champ de lieu) est défini par une zone spatiale donnée sur une carte cognitive, qui est une carte mentale de l'environnement. Chaque cellule de lieu s'active donc quand l'animal se trouve dans le champ récepteur qui lui est associé. Les scientifiques pensent que les cellules de lieu travaillent collectivement et forment une représentation cognitive d'un emplacement spécifique dans l'espace^[2]. Les cellules de lieu interagissent avec d'autres types de neurones dans l'hippocampe et les régions voisines pour réaliser ce type de traitement spatial^[3], mais la façon dont elles fonctionnent au sein de l'hippocampe est toujours l'objet de recherches^[4]. Les cellules de lieu s'activent quand un animal arrive à un endroit déterminé de son environnement^[5]. Des études sur les rats ont montré que les cellules de lieu ont tendance à s’activer rapidement quand un rat entre dans un nouvel environnement ouvert. En dehors des champs de tir, les cellules de lieu ont tendance à être relativement inactives^[6]. Pour une cellule de lieu donnée, il existe un certain nombre de champs de lieu correspondants. Ce nombre est proportionnel à l'étendue de l'environnement^[7]. Contrairement à d'autres zones du cerveau telles que cortex visuel, il n'y a pas topographie apparente dans la configuration des champs de lieu. Deux cellules de lieu voisines ne sont pas plus susceptibles d'avoir des champs de lieu voisins que deux cellules éloignées^[8]. Placées dans un nouvel environnement différent, environ la moitié des cellules de lieu se voit attribuer un nouveau champ de lieu correspondant à un nouvel emplacement sans rapport avec les anciens^[9]. Les modes d'activation des cellules de lieu sont déterminés par l'information sensorielle et l'environnement local. Les cellules de lieu ont la capacité de changer rapidement leur schéma d’activation. Ce phénomène est connu sous le nom « recartographie » et si les cellules de lieu peuvent changer en fonction de l'environnement extérieur, elles sont aussi stabilisées par la dynamique d'attraction qui « [permet] au système d’encaisser de petits changements de l'entrée sensorielle et de répondre collectivement et de manière cohérente aux changements plus importants »^[5].

Bien que les cellules de lieu fassent partie d'un système cortical non sensoriel, leur activité est fortement corrélée aux signaux sensoriels.Ces circuits pourraient avoir des implications importantes pour la mémoire, car elles fournissent le contexte spatial des souvenirs et des expériences passées^[10]. Comme beaucoup d'autres parties du cerveau, les réseaux de cellules de lieu sont dynamiques. Ils se réajustent constamment et reconfigurent leurs connexions en fonction de l'emplacement actuel et de l'expérience du cerveau. Les cellules de lieu ne travaillent pas seules pour créer la représentation spatiale. Elles font partie d'un circuit complexe qui permet d’avoir conscience du lieu présent et des lieux mémorisés^[10].

D'un point de vue expérimental, on identifie souvent ces neurones par des enregistrements électrophysiologiques chez un animal qui parcourt un espace délimité : les cellules de lieu sont caractérisées par le fait que leur activité est maximale lorsque l'animal se trouve à un endroit précis du terrain. Ces cellules de lieu se distinguent d'autres types de neurones dont l'activité peut aussi être modulée par des éléments spatiaux (cellules de grille, cellules de bordures) ou liée à la locomotion (cellules de direction de la tête...). Dans les champs CA1 et CA3 de l'hippocampe, les neurones constituant les cellules de lieu sont supposés être principalement de type pyramidal tandis qu'au sein du gyrus denté il s'agit de neurones granulaires^[11].

Les cellules de lieu ont d'abord été découvertes chez le rat en 1971^[12]. C'est sur la base d'observations empiriques que John O'Keefe et Lynn Nadel en sont venus à formuler l'hypothèse que la fonction primordiale de l'hippocampe était de constituer une carte cognitive de l'environnement dans lequel évolue l'animal^[2]. Par la suite, en 2003, des cellules de lieu ont aussi pu être identifiées chez l'humain en réalisant des enregistrements électrophysiologiques chez des patients implantés avec des électrodes dans l'hippocampe^[13].

Le prix Nobel de physiologie ou médecine 2014 a été décerné à John O'Keefe pour la découverte des cellules de lieu, et à Edvard et May-Britt Moser pour la découverte des cellules de grille^[14],[15].