Une nouvelle étude décrit l’invariance de la structure de corrélation des modules de cellules de grille dans une variété avec topologie toroïdale

 Par : William Brown, biophysicien à la Resonance Science Foundation

La partie de notre cerveau qui est responsable du codage des souvenirs – la formation de l’hippocampe – a un système complexe et spécialisé de cellules qui met continuellement à jour la position et la direction, générant des cartes cognitives de notre environnement lorsque nous naviguons dans le monde. De nouvelles recherches publiées dans la revue Nature ont montré que l’activité conjointe des cellules neuronales qui forment des circuits de cartographie spatiale réside sur une variété toroïdale, de sorte que les positions sur le tore correspondent aux positions de l’environnement à travers lequel un individu se déplace [1].

Des études neurologiques ont montré que la formation de l’hippocampe, qui comprend l’hippocampe et le cortex entorhinal, contient un large éventail de types de cellules qui soutiennent la navigation spatiale et la mémoire. Un élément clé de ce système est la cellule de l’hippocampe, qui code la présence d’un animal à un endroit spatial particulier pour soutenir la navigation et l’encodage des mémoires spatiales. Des cellules de lieu ont été identifiées chez diverses espèces, notamment des rats, des souris, des chauves-souris et des humains [2].

Figure 1 : Il s’agit d’une cellule de grille. Les cellules de la grille sont situées dans le cortex entorhinal du cerveau. Ils aident les humains et les autres mammifères à naviguer. Crédit d’image : Kavli Institute for Systems Neuroscience (KISN)

Des expériences ont montré que le cortex entorhinal médian forme une partie importante du système neuronal pour cartographier la position d’un individu dans un environnement physique, à savoir via ce que l’on appelle des cellules de grille, qui se déclenchent dans un motif hexagonal caractéristique de lieux, et sont organisées en modules qui forment collectivement une représentation périodique de l’auto-localisation. En utilisant de nouvelles techniques d’imagerie et d’analyse neuronales, telles que l’enregistrement simultané de plusieurs centaines de cellules de grille, les chercheurs de la nouvelle étude ont pu montrer que ces modules de cellules de grille forment non seulement des motifs hexagonaux dans le cortex entorhinal, mais qu’ils correspondent topologiquement à une variété toroïdale, de sorte que les cellules individuelles sont préférentiellement actives à des positions singulières sur le tore.

La variété toroïdale permet aux modules des cellules de grille de maintenir des structures de corrélation fixes, de sorte que la connectivité synaptique récurrente limite l’activité conjointe des cellules à un répertoire de faible dimension de modèles de coactivation possibles en présence d’un large éventail d’entrées externes de l’environnement, ce qui rend la navigation plus gérable. L’invariance de la structure de corrélation des modules cellulaires de la grille dans une variété à topologie toroïdale, indépendante des entrées sensorielles et dans un large éventail d’environnements et d’états comportementaux, est une indication forte d’un réseau d’attracteurs continus intrinsèquement connecté de manière récurrente fonctionnant comme substrat de l’activité des cellules de grille. La recherche soutient donc le modèle d’un réseau d’attracteurs continus en tant qu’architecture de réseau régulant l’activité des états de navigation de l’activité neuronale, par opposition aux simples mécanismes d’avance qui avaient été suggérés précédemment.

RSF en perspective :

Il est intéressant de noter que notre activité neuronale impliquée dans la cartographie et la navigation dans les dimensions spatiales est fixée le long d’une topologie de tore – compte tenu, par exemple, de la similitude étroite entre l’architecture cosmologique et neuronale, dont nous avons discuté dans l’article de RSF L’univers s’organise dans un réseau neuromorphique galactique,et que l’univers lui-même a une topologie toroïdale — une autre coïncidence étrange. De plus, l’organisation de la dynamique neuronale du tore a déjà été suggérée par des chercheurs tels que le Dr Meijer,professeur émérite à l’Université de Groningue, et le biophysicien Dr Geesink. Nous avons discuté dans un autre article de RSF comment leur étude examinant les preuves de la nature sans échelle de la conscience dans laquelle la géométrie toroïdale – comme le double tore bien connu – peut modéliser la conscience à tous les niveaux fractaux de l’univers et comment elle se réunit dans le système cognitif humain comme un espace de travail holographique dans le cerveau, un « horizon des événements cérébraux » [3].

Références:

[1] R. J. Gardner et al., « Toroidal topology of population activity in grid cells », Nature, pp. 1-6, janv. 2022, doi: 10.1038/s41586-021-04268-7.

[2] J. Jacobs et al.,« Direct recordings of grid-like neuronal activity in human spatial navigation », Nat Neurosci, vol. 16, no. 9, pp. 1188–1190, sept. 2013, doi: 10.1038/nn.3466.

[3] « La conscience dans l’univers est l’horizon des événements invariants à l’échelle du cerveau. » https://www.resonancescience.org/blog/A-New-Study-Examines-How-Consciousness-in-the-Universe-is-Scale-Invariant-and-Implies-an-Event-Horizon-of-the-Human-Brain. William Brown. 09 novembre 2017. La Resonance Science Foundation.