Naviguer dans votre environnement

Comment le cerveau crée des cartes pour nous aider à atteindre nos destinations

Source: Archive du domaine public

1. Navigation spatiale

Nos vies quotidiennes ne sont sûrement pas remplies du genre de tâches de navigation exigeantes et complexes auxquelles pourrait être confrontée celle des Vikings: nous avons des systèmes de positionnement global dans nos téléphones, tablettes, voitures et montres, et nous avons des panneaux de signalisation, la construction des plans et des sentiers pavés. Nous avons beaucoup de ressources pour nous aider à atteindre notre objectif.

• Comment vaincre le perfectionnisme avant de vous conquérir
• Le lien entre le sommeil et la douleur
• Pour prévenir les fusillades en masse, croyez aux femmes
• Pourquoi prêter attention à ce moment crée votre meilleur avenir
• Steve Jobs était-il comme le Dr Frankenstein?

Mais avant l’avènement de la modernité, les Vikings et les autres civilisations n’avaient-ils pas non plus un certain nombre d’outils ayant des objectifs similaires? Bien que moins puissants et moins pratiques que notre technologie, des instruments anciens tels que le pélorus, outil rudimentaire permettant de maintenir le cap d’un navire, étaient suffisamment fiables pour aider les gens à découvrir et à cartographier le monde inconnu. Et les cerveaux de ceux qui vivaient il y a des centaines, voire des milliers d’années, n’étaient-ils pas aussi occupés à répondre aux exigences de la navigation dans des environnements spatiaux – à fixer des objectifs et des sous-objectifs, à estimer la distance entre sa localisation et sa destination, à suivre ses progrès et sa localisation et savoir quand on est où on veut être?

Ainsi, les humains utilisent depuis longtemps des outils pour améliorer leurs chances de trouver les bonnes destinations, et notre technologie nous permet de mieux naviguer jusqu’à ces endroits (par exemple, les instruments de nos téléphones sont suffisamment fiables pour aider les gens dans différentes situations, et souvent distants, les lieux se rencontrent dans de nouveaux lieux), mais ce n’est pas – et n’a jamais été – les outils permettant de naviguer: nous le sommes.

Que vous soyez un Viking ou votre moi actuel, ou même un rat, c’est le cerveau qui est en grande partie engagé dans la tâche de navigation dans les environnements spatiaux, et ses plus grands instruments sont peut-être les capacités remarquables de créer sa propre carte de tout environnement dans lequel vous pourriez vous retrouver et reconfigurer des plans lorsque des détours inattendus émergent.

• Les narcissiques font-ils de bons leaders?
• Antivaxxers et le fléau du déni de la science
• Cherchez-vous le négatif même lorsque de bonnes choses se produisent?
• Effluvium télogène, alias perte de cheveux induite par le stress
• Une définition non-wowoo de la sagesse

2. Cartes cognitives

Les cerveaux de toutes sortes d’espèces animales sont équipés pour la navigation spatiale et, plus spécifiquement, pour créer des cartes cognitives de leur environnement. nous ne sommes pas uniques à cet égard, et certains animaux naviguent mieux que d’autres. Par exemple, la plupart des recherches neuroscientifiques sur la navigation spatiale ne sont pas basées sur des humains, mais sur des rongeurs. Donc, peut-être que ce stéréotype de la psychologie est vrai: l’image de souris qui courent dans des labyrinthes. Cela vient souvent à l’esprit du grand public lorsqu’il s’agit d’expériences psychologiques, et ils ont largement raison de l’imaginer s’il s’agit du domaine de la neuroscience comportementale qui explore le rôle des structures cérébrales sous-corticales dans la mémoire spatiale.

De nombreux progrès théoriques ont récemment été réalisés dans ce domaine de recherche; Cependant, la revue de la littérature ici et l’utilisation de nombreux termes neurobiologiques et neuroanatomiques différents ne seront pas utiles au lecteur, mais quelques-uns seront mentionnés ci-dessous (pour une revue, voir Epstein, Patai, Julian, & Spires, 2017). Au lieu de cela, il suffit de dire que les chercheurs pensent depuis longtemps que les gens utilisent leurs propres cartes internes pour naviguer dans divers environnements (Tolman, 1948). Un grand nombre de réseaux de neurones dans différentes régions du cerveau travaillent ensemble pour générer ces représentations du monde.

Des études neurobiologiques sur des souris ont montré que différents types de cellules dans ces régions calculent différentes caractéristiques de nos cartes cognitives. En bref, les types principaux sont les cellules de direction de position, de grille, de bordure et de tête, et elles sont principalement localisées dans la formation de l’hippocampe dans le lobe temporal médial et les structures connexes. Notamment, un professeur ici à l’University College London a remporté le prix Nobel pour son rôle dans la découverte des cellules de place qui se déclenchent dans votre hippocampe en fonction de votre localisation spatiale (O’Keefe & Dostrovsky, 1971).

Il est extrêmement important que le réseau de navigation dans nos cerveaux crée des cartes spatiales fondées sur le monde réel et pouvant expliquer la distance et la direction à prendre pour atteindre nos objectifs dans ce monde. Bien qu’il soit possible de naviguer sans utiliser des objets du monde réel pour nous aider, il est très utile d’ancrer nos cartes cognitives à des points de repère et à des limites particuliers dans notre environnement, car leur observation vous incitera probablement à récupérer et à recalibrer spontanément notre position. , nous rappelant où nous en sommes dans notre carte interne. Pendant ces moments intermittents de recalibrage ou de réaffirmation de notre position et dès le début de la planification, le réseau de navigation de notre cerveau doit pouvoir estimer – et ré-estimer périodiquement – la distance et la direction de notre destination.

Outre ces aspects du traitement cognitif dans la navigation spatiale, ce qui rend le réseau de navigation dans notre cerveau si adaptatif, c’est qu’il peut non seulement générer une multitude de cartes cognitives de différents environnements, mais également de différents états de ces environnements. En d’autres termes, on n’imagine pas, par exemple, qu’un voyage typique à l’épicerie ou un voyage potentiel dans un nouveau magasin: vous pouvez générer plusieurs cartes cognitives de ces destinations dans lesquelles vous venez de différents endroits, par exemple de chez vous. ou au travail, dans des conditions météorologiques différentes, et avec des obstacles potentiels pouvant survenir en fonction de l’heure de la journée, etc. De plus, les cartes cognitives ne doivent pas nécessairement être exclusivement spatiales. Sur certains points de vue, notre cerveau peut également créer des modèles mentaux de sons, d’odeurs et de concepts, ainsi que de relations sociales et de périodes de temps.

3. Trouver un autre moyen

Que les chemins choisis pour nous permettre d’atteindre nos objectifs soient obstrués est chose courante. L’univers nous envoie presque toujours les choses pour nous gêner et nous retarder, semble-t-il. De tels événements incongrus de chemin relèvent parfois de notre contrôle, mais parfois pas, et parfois, ils sont tout à fait prévisibles, mais d’autres fois moins. Lorsque ces événements sont des choses sur lesquelles nous avons une certaine autonomie, mais qui se produisent de manière inattendue, nous sommes souvent obligés d’adapter nos plans de navigation – de faire un détour en nous éloignant de notre objectif pour l’atteindre.

Les exemples quotidiens de ces situations sont lorsque la route ou la passerelle est en construction et que vous devez trouver un autre itinéraire, lorsque votre station de métro est fermée et que vous devez trouver la prochaine station la plus proche, lorsque la porte de votre vol change vous vous y rendez et vous devez trouver celui qui convient à l’aéroport, et lorsqu’un îlot de l’épicerie est trop encombré pour entrer d’où vous êtes et que vous devez trouver un itinéraire différent pour vous rendre de l’autre côté.

Il existe des milliers de situations de ce type qui se produisent quotidiennement, et ces événements incongrus de chemin ne représentent qu’une fraction des événements quotidiens d’incongruité d’objectif; les gens ont tendance à se sentir assez frustrés à la lumière de tels événements, mais c’est une discussion pour un article différent. Il est à noter, cependant, que tous les détours ne sont pas des tests de notre tolérance à la frustration: parfois, le moyen le plus rapide n’est pas le plus sûr et, par conséquent, un détour peut être une bonne idée lorsque vous rentrez chez vous et remarquez un personnage d’aspect désespéré qui se cache une ruelle que vous coupez généralement. En plus de détecter et de mettre à jour votre carte cognitive avec le fait que vous ne pouvez plus suivre cette voie, l’important dans les situations de blocage de votre chemin est de reconfigurer de manière adaptative vos plans en fonction de votre destination. ou une nouvelle voie permettant de contourner efficacement l’obstacle.

Le lobe frontal, en particulier le cortex préfrontal, est engagé chaque fois que le cerveau a généralement besoin de planifier ou de réorganiser quoi que ce soit et de penser debout – pour ainsi dire (Shallice & Cooper, 2011). Il n’est donc pas surprenant que des recherches récentes aient montré que le cortex préfrontal joue en effet un rôle essentiel dans la planification de la navigation (Balaguer, Spires, Hassabis et Summerfield, 2016) et dans les détours de négociation (voir Spiers & Gilbert, 2015). En résumé, les différentes sous-régions du cortex préfrontal détectent les détours, traitent les conflits potentiels entre les itinéraires possibles et définissent de nouveaux sous-objectifs, ainsi que les aspects du processus de formation hippocampique du chemin nouvellement sélectionné, en les intégrant dans votre carte cognitive.

4. La voie à suivre pour les neurosciences cognitives

Alors que les neuroscientifiques du comportement utilisent généralement des rongeurs dans leurs études, les neuroscientifiques cognitifs travaillant dans ce domaine de la recherche (c.-à-d. Prenant des détours) utilisent les humains, et ceci pour plusieurs raisons, mais principalement parce qu’il y a certaines choses que vous pouvez faire avec les humains pour les étudier une planification impossible avec les rongeurs et, ce qui est important, l’unicité du lobe frontal humain fait de lui le meilleur objet de recherche si notre objectif est d’améliorer notre compréhension des fonctions cérébrales humaines.

De nombreuses études sur les détours, et sur la navigation spatiale en général, utilisent des méthodes neuroscientifiques telles que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) dans lesquelles les personnes doivent rester immobiles dans un environnement artificiel pour effectuer diverses tâches cognitives sur un écran d’ordinateur. Cependant, cela ne reflète guère le monde réel: aucune sensation de mouvement de soi, aucune sensation de changement d’élévation, etc. Les neuroscientifiques cognitifs ont récemment tenté de résoudre ce problème en utilisant des systèmes de réalité virtuelle pour simuler des environnements 3D et des tapis roulants omnidirectionnels afin de faciliter l’auto-mouvement, ainsi qu’une technique appelée électroencéphalographie (EEG) permettant l’acquisition de données cérébrales dans des contextes semi-naturalistes. Ces types d’expériences représentent une direction intéressante pour les neurosciences cognitives et, surtout, devraient améliorer la validité écologique (pour un examen de ces questions et des efforts récents pour les résoudre, voir Park, Dudchenko et Donaldson, 2018).

Cependant, vous ne pouvez toujours pas sentir l’herbe sous vos pieds, pour ainsi dire. Les participants ne peuvent pas expérimenter les différents types de stimuli qui se produisent dans la vie quotidienne lorsque nous naviguons dans des environnements spatiaux, parmi lesquels figure la société elle-même (par exemple, toutes les personnes pour lesquelles nous devons rendre des comptes lorsque nous nous dirigeons vers nos destinations). Ainsi, bien que la recherche progresse et utilise des conceptions expérimentales semi-naturalistes, des progrès substantiels ont encore été réalisés en cognition spatiale ou dans tout autre domaine de recherche pour introduire la neuroscience cognitive dans le monde réel. L’utilisation de la spectroscopie portable dans le proche infrarouge (fNIRS) portable et sans fil (voir Pinti et al., 2018) constitue une voie prometteuse.

5. Améliorer votre capacité de navigation

Franchement, certaines personnes naviguent mal et d’autres, excellentes, mais elles ne sont probablement pas nées de cette façon. Et nous ne pouvons certainement pas prendre la parole de quelqu’un pour cela; Je pensais être un navigateur aussi habile que James Cook jusqu’à ce que tout le monde se retrouve perdu dans une expédition de sac à dos dans une forêt le long des rives du lac Michigan. Heureusement, nous avons des tâches bien établies en neurosciences cognitives capables d’indexer un certain nombre de processus essentiels à une navigation réussie. Il n’est pas nécessaire de faire scanner son cerveau pour s’engager dans ces tâches pour pratiquer la navigation dans l’espace.

Par exemple, une application mobile intitulée Sea Hero Quest, récemment publiée, vous oblige à naviguer sur un bateau pour trouver des créatures marines. Il a été spécifiquement développé dans le cadre d’une étude multiculturelle majeure visant à examiner certains prédicteurs de la capacité de navigation (voir Coutrot et al., 2018). Les chercheurs ont constaté que, de fait, les gens ne sont pas simplement des navigateurs adeptes ou incompétents; Au contraire, les données provenant du jeu de millions de personnes de plus de cent pays différents ont suggéré que les taux de richesse économique et d’inégalité de genre de ces pays prédisaient de manière significative les performances de navigation. Une direction intéressante pour ce type de navigation virtuelle consiste à l’utiliser comme outil d’intervention dans le contexte de la démence et d’autres maladies neurodégénératives. Donc, si vous vous considérez comme un pauvre navigateur, il peut être amusant d’essayer. les données de votre jeu seront utiles car il s’agit d’un projet en cours!

Il y a d’autres choses que vous pouvez faire dans votre vie quotidienne pour améliorer votre capacité de navigation. À savoir, vous pouvez essayer de moins compter sur votre GPS. Cela ne veut pas dire que nous devrions essayer de ne pas l’utiliser lorsque vous voyagez dans de nouveaux endroits. C’est très utile dans ces situations. Serait-ce une bonne idée de négliger votre boussole au milieu des bois? Non, ce serait jeter le bébé avec l’eau du bain, comme on dit. L’idée est donc ici de réduire la fréquence à laquelle vous surveillez le GPS. Examinez votre itinéraire GPS comme vous le feriez sur une carte, puis faites de votre mieux pour conserver les informations dans votre mémoire de travail tandis que vous suivez l’itinéraire, en ne vérifiant le GPS qu’à ou juste après des points de décision importants, pour confirmer que vous n’avez pas commis d’erreur.

En fait, la stratégie la moins conséquente pourrait être de vérifier après que vous ayez porté votre jugement à la place de quand ou après avoir fait quelque chose de comportement. Utilisez plusieurs repères. Faites attention non seulement à l’endroit où vous allez, mais aussi à l’endroit où vous venez d’être. En d’autres termes, faites un effort pour affecter davantage de ressources de votre attention à la tâche à accomplir, plutôt que de suivre cette ligne colorée lumineuse avec une vision en tunnel. Il est trop facile de laisser nos appareils faire le gros du travail. Faites que votre cerveau le fasse. Notre cerveau parvient mieux à faire face à pratiquement toutes les tâches en fonction de l’expérience et du temps (plasticité neuronale).

Le cerveau n’a pas à travailler très fort lorsque nous empruntons des chemins bien tracés; nous avons des cartes internes bien construites pour des lieux familiers. Mais nous n’avons pas de telles cartes lorsque nous entrons dans un nouvel environnement et, par conséquent, nous devons les former à tout moment. Les exigences cognitives liées à la navigation dans de nouveaux lieux sont donc plus grandes que celles qui sont familières. Bien qu’il soit généralement plus difficile de trouver votre chemin dans de nouveaux environnements, votre capacité de navigation ne bénéficiera certainement pas beaucoup de votre séjour dans des environnements familiers. Alors, cherchez des endroits où vous n’avez jamais été auparavant et, d’une manière critique, adoptez un rôle actif dans votre navigation – dans toutes les étapes menant à votre destination – jusqu’à ce qu’un pays étranger puisse être appelé à la maison.

Références

J. Balaguer, H. Spiers, D. Hassabis et C. Summerfield (2016). Mécanismes neuronaux de la planification hiérarchique dans un réseau de métro virtuel. Neuron, 90 (4), 893-903. https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.03.037

Coutrot A., Silva R., E. Manley, W. de Cothi, S. Sami, Bohbot, VD,… Spires, HJ (2018). Déterminants globaux de la capacité de navigation. Current Biology, 28 (17), 2861-2866.e4. https://doi.org/10.1016/j.cub.2018.06.009

Epstein, RA, Patai, EZ, Julian, JB et Spiers, HJ (2017). La carte cognitive chez l’homme: la navigation spatiale et au-delà. Nature Neuroscience. Groupe d’édition Nature. https://doi.org/10.1038/nn.4656

O’Keefe, J. et Dostrovsky, J. (1971). L’hippocampe en tant que carte spatiale. Preuve préliminaire de l’activité de l’unité chez le rat qui se déplace librement. Brain Res. 34, 171-175.

Park, JL, Dudchenko, PA et Donaldson, DI (2018). Navigation dans des environnements du monde réel: nouvelles opportunités offertes par les progrès de l’imagerie cérébrale mobile. Frontiers in Human Neuroscience, 12. https://doi.org/10.3389/fnhum.2018.0036

Pinti, P., C. Aichelburg, S. Gilbert, A. Hamilton, J. Hirsch, P. Burgess et I. Tachtsidis (2018, 1er octobre). Examen de l’utilisation de la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle portable dans les environnements naturalistes. Recherche psychologique japonaise. Blackwell Publishing Ltd. https://doi.org/10.1111/jpr.12206

Shallice, T., et Cooper, RP (2011). L’organisation de l’esprit. Oxford: Oxford University Press.

Spires, HJ et Gilbert, SJ (2015). Résoudre le problème du détour en navigation: un modèle des interactions préfrontales et hippocampiques. Frontiers in Human Neuroscience, 9. https://doi.org/10.3389/fnhum.2015.00125

Tolman, EC (1948). Cartes cognitives chez le rat et l’homme. Psychol. Rev. 55, 189-208.