Dans un exploit digne d'un Jedi, les rats peuvent déplacer un objet numérique rien qu'avec leur cerveau.

Comme de petits Yodas poilus soulevant des X-wings d'un marais, les rats peuvent soulever des cubes digitaux et les déposer près d'une cible. Mais ces rats n'utilisent pas la Force. Au lieu de cela, ils utilisent leur imagination.

Ce tour télékinétique, décrit dans la revue Science du 3 novembre, donne des indices sur la façon dont les cerveaux imaginent de nouveaux scénarios et se souviennent des anciens.

"C'est une recherche fantastique", déclare Mayank Mehta, neurophysicien à l'UCLA. "Cela ouvre de nombreuses possibilités passionnantes." Une meilleure compréhension scientifique de la zone du cerveau impliquée dans cet exploit pourrait, par exemple, aider les chercheurs à diagnostiquer et à traiter les troubles de la mémoire.

Le neuroscientifique Albert Lee et ses collègues étudient comment les cerveaux peuvent remonter le temps en revisitant des souvenirs et se projeter dans l'avenir pour imaginer des scénarios futurs. Ces processus, parfois appelés "voyages mentaux dans le temps", font "partie de ce qui rend nos vies mentales intérieures riches et intéressantes", déclare Lee, qui a réalisé cette nouvelle étude alors qu'il travaillait au Janelia Research Campus de l'Institut médical Howard Hughes à Ashburn, en Virginie.

Pour s'immerger dans ces questions complexes, les chercheurs ont commencé par une question plus simple : "Pouvez-vous être à un endroit et penser à un autre endroit ?", déclare Lee, qui est maintenant enquêteur de l'HHMI au Beth Israel Deaconess Medical Center à Boston. "Le rat ne fait rien de plus que cela. Nous ne leur demandons pas de se souvenir de leurs vacances d'été."

Le neuroscientifique et ingénieur Chongxi Lai, actuellement au Beth Israel Deaconess, Lee et leurs collègues ont entraîné des rats à se déplacer sur un tapis roulant sphérique au milieu d'un monde virtuel en 3D projeté sur un écran tout autour. Pendant que les rats fouinaient dans leur monde virtuel, des électrodes enregistraient les signaux provenant des cellules nerveuses de l'hippocampe des rats, des structures cérébrales connues pour contenir des informations spatiales complexes, entre autres choses (SN : 10/6/14). De cette manière, les chercheurs ont mis en correspondance les motifs d'activité cérébrale avec les endroits dans le monde virtuel.

Ensuite, les chercheurs voulaient savoir si les rats pouvaient s'imaginer traverser le monde. Les animaux ont été entraînés à déplacer mentalement un cube virtuel vers une colonne tortueuse, en n'utilisant que les motifs d'activité cérébrale dans l'hippocampe. Si les rats Jediés le cube correctement, ils étaient récompensés par de l'eau. Dans cette expérience, le monde de réalité virtuelle était contrôlé par le cerveau des rats ; les mouvements physiques des rats sur le tapis roulant n'avaient plus d'importance.

Après un certain entraînement, les apprentis velus ont maîtrisé la tâche, comme en témoigne leur activité cérébrale. En activant le bon schéma de cellules dans leur hippocampe, les rats pouvaient concentrer et maintenir le cube près de la colonne tortueuse pendant plusieurs secondes. Dans une autre tâche, les rats se téléportaient mentalement à travers le monde virtuel pour atteindre la colonne tortueuse.

Les résultats sont "une preuve solide que les rats peuvent utiliser leur imagination pour accomplir des tâches nouvelles et artificielles", affirme le neuroscientifique Daoyun Ji du Baylor College of Medicine à Houston, qui n'a pas participé à la nouvelle étude. Et ce n'est pas seulement les rats. "Il est probable que nous, les humains, imaginions aussi en activant des souvenirs hippocampiques", dit-il.

L'hippocampe, une structure en forme de hippocampe profondément ancrée de chaque côté du cerveau, est très complexe et encore assez mystérieux, dit Mehta. Son travail et celui des autres ont montré que les cellules y sont influencées par toutes sortes de choses, au-delà des simples positions spatiales abstraites. "Il y a clairement beaucoup de choses à prendre en compte", dit Mehta. Des électrodes implantées dans différentes parties du cerveau humain ont permis aux gens de contrôler des ordinateurs et des membres robotiques, par exemple (SN : 11/21/18). Les dispositifs intégrant des signaux neuronaux de l'hippocampe pourraient un jour permettre des tâches plus abstraites, selon Lee. Par rapport aux rats, dit-il, "les humains peuvent probablement contrôler leur hippocampe pendant de plus longues durées avec un répertoire plus large, et les concepts encodés dans le cerveau sont probablement beaucoup plus complexes".

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