De nouvelles perspectives sur la façon dont le cerveau développe des compétences de navigation

De nombreuses études comportementales suggèrent que l’utilisation de points de repère pour naviguer dans des espaces à grande échelle – connus sous le nom de navigation à base de cartes – n’est établi que vers 12 ans.

Une étude des neurosciences à l’université Emory pour les compressions. Grâce à des expériences combinant des analyses cérébrales et un environnement virtuel que les chercheurs ont surnommé Tiny Town, ils ont montré que les enfants de cinq ans ont un système cérébral qui soutient la navigation par carte.

Le journal Actes de l’Académie nationale des sciences a publié la conclusion, la première preuve neuronale que cette capacité cognitive est en place chez ces jeunes enfants.

“Alors que les capacités de navigation à grande échelle continuent certainement de se développer tout au long de l’enfance, nos résultats montrent que le système neuronal sous-jacent est établi remarquablement tôt”, explique Yaelan Jung, premier auteur de l’étude et boursier postdoctoral du Département de psychologie d’Emory.

“Plutôt que de prendre une décennie ou plus, une navigation basée sur des cartes est en cours en deux fois”, ajoute Daniel Dilks, professeur agrégé de psychologie et auteur principal de l’étude. “Les enfants de cinq ans ont le système cérébral leur permettant de trouver leur chemin dans une petite ville virtuelle. Ils savent non seulement que le magasin de crème glacée dans la région de la montagne est différent de la crème glacée de la région du lac, mais ils savent comment naviguer dans les rues pour se rendre à chacun d’eux.”

Cartographie le cerveau visuel

Dilks est à l’avant-garde de l’identification des fonctions spécifiques du cortex visuel liées au traitement du visage, du lieu et des objets – comment nous reconnaissons et contournons notre monde. Il est également des méthodes pionnières pour étudier le calendrier pour le développement de ces fonctions, de la petite enfance à l’âge adulte.

“Deux questions fondamentales dans les neurosciences”, explique-t-il, “sont comment les connaissances sont organisées dans le cerveau et les origines de ces connaissances. En d’autres termes, quelles connaissances êtes-vous né et comment les connaissances se développent-elles à mesure que vous grandissez?”

La technologie de l’IRMf offre une fenêtre sur ces questions. La technique inoffensive et non invasive utilise un aimant géant pour scanner le cerveau et enregistrer les propriétés magnétiques dans le sang. Il mesure le flux sanguin accru vers une région du cerveau, indiquant que la région est plus active.

Dans les études pour adultes au cours de la dernière décennie, le Dilks Lab a montré que trois régions sélectives de scène dans le cerveau effectuent des tâches séparées et non chevauchantes. La zone de lieu parahippocampique (PPA) nous permet de reconnaître les lieux et de les regrouper en catégories. Le complexe rétrosplénial (RSC) mappe des places dans leurs emplacements appropriés dans un espace plus grand, nous permettant de naviguer d’un endroit à un autre. La zone de lieu occipital (OPA) nous permet de nous promener dans notre environnement immédiat, sans se cogner dans les frontières ou autres obstacles.

“Nous ne pouvons pas résoudre la plupart des problèmes neurologiques pour le moment”, explique Dilks. “Mais en continuant à en savoir plus sur la façon dont le cerveau se développe et fonctionne normalement, nous continuons à nous rapprocher de la possibilité de le réparer lorsque quelque chose ne va pas.”

Navigation de marche contre la navigation basée sur la carte

En 2024, Dilks et Jung ont découvert que le système cérébral pour marcher dans l’environnement immédiat, évitant les limites et les obstacles, ne ressemble pas à celui des adultes avant l’âge de 8 ans.

“Cela semble contre-intuitif”, dit Dilks. “La plupart des enfants peuvent marcher avant l’âge de deux ans. Et pourtant le système cérébral vous aidant à vous promener dans votre environnement immédiat ne commence pas à apparaître comme un adulte jusqu’à relativement tard.”

Dilks et Jung avaient une théorie selon laquelle les capacités apparemment plus complexes et sophistiquées de la navigation basée sur les cartes se développent plus tôt. Ils ont noté que même avant qu’ils ne puissent bien marcher, les enfants sont transportés de pièce en pièce et emmenés dans des poussettes d’un endroit à l’autre, ce qui leur permet de construire essentiellement une carte de leur environnement.

Pour l’article actuel, ils ont créé des protocoles expérimentaux pour les enfants de cinq ans pour tester leur théorie.

Ils ont commencé avec une ville virtuelle connue sous le nom de Neuralville, développée par le Dilks Lab pour une étude pour adultes. Il se compose de huit bâtiments disposés dans les rues entourant une place de la ville et orientés par les quatre directions cardinales.

Dans les tests avec des participants de cinq ans inscrits auprès du Emory Child Study Center, Jung a rapidement appris que Neuralville était un peu trop compliqué pour qu’ils puissent naviguer. Elle a simplifié le paradigme, le transformant en triangle et l’appelait Tiny Town. Au lieu de directions cardinales, les paysages distinctifs délimitent chaque point du triangle, y compris le coin montagneux, le coin des arbres et le coin du lac.

Elle a créé six structures pour Tiny Town, dont deux dans les catégories généralement intéressantes pour les enfants: les magasins de crème glacée, les terrains de jeux et les casernes de pompiers.

Rendre la science amusante

Faire des expériences avec des enfants participants nécessite de la créativité et de la patience, dit Jung.

“Nous voulons aborder les questions scientifiques auxquelles nous essayons de répondre”, explique-t-elle, “mais il est également important qu’un enfant qui participe à une étude passe un bon moment. Nous voulons qu’ils partent avec une bonne impression de science.”

Jung a d’abord familiarisé un enfant à la ville virtuelle en utilisant les touches de flèche sur un ordinateur pour se déplacer dans ses rues et arriver à différents endroits. Elle a ensuite invité l’enfant à faire de même. “C’était fascinant qu’ils soient si bons dans ce domaine”, dit-elle.

Cette familiarisation a été suivie par des tests de leurs connaissances. Elle a montré des images fixes d’une petite ville à un enfant et a posé des questions telles que: avez-vous vu ce bâtiment dans une petite ville? Est-ce dans le coin de la montagne?

La plupart des enfants ont réussi ce test et sont passés à la phase suivante: formation pour la numérisation.

Jung a transformé le processus de formation en un jeu impliquant les enfants et les membres du laboratoire adulte. Un adulte pointerait sur l’enfant et dirait: “Greeze!”

“Les enfants ont adoré. Ils aimaient particulièrement congeler les adultes dans la pièce”, explique Jung. “Ils pointeraient l’un de nous et diraient:” C’est à votre tour maintenant. “”

Les chercheurs ont expliqué aux participants que le scanner était comme une caméra et qu’ils devraient tenir parfaitement encore, donc leur photo n’était pas floue lorsqu’ils effectuaient une tâche dans la machine.

Les enfants ont ensuite été formés pour faire la tâche de jeu, poussant un bouton en réponse aux images jumelées de Tiny Town. Par exemple, si une image d’une caserne de pompiers particulière a été montrée avec une image de montagnes, ils devaient appuyer sur le bouton si ce scénario se traduit correctement sur une petite ville.

Les participants ont pratiqué la tâche dans un scanner simulé avant d’entrer dans le vrai pour l’expérience.

“Nous leur avons donné une couverture et un oreiller pour le rendre confortable et expliqué qu’ils regarderaient un film dans leur propre théâtre privé”, explique Jung. “Ils ont vraiment aimé cette idée.”

Les données qui en résultent ont montré que les enfants de cinq ans peuvent apprendre une carte et les tenir dans leur esprit. Et pour ce faire, ils ont utilisé leur RSC – la région du cerveau spécialisée pour coder l’emplacement des bâtiments sur une carte, nous permettant de naviguer d’un endroit à un autre.

La cerise sur le gâteau est que toutes les personnes impliquées dans l’étude – y compris les chercheurs – ont expliqué l’expérience.

“C’était vraiment amusant de travailler avec les enfants”, explique Jung. “J’ai appris que l’âge de cinq ans est un moment magique pour scanner un enfant. Ils n’ont pas tendance à avoir peur des nouvelles choses.”

Le Dilks Lab fait maintenant une plongée plus profonde dans la question de savoir comment le cerveau développe la capacité de reconnaître et de se déplacer sur le monde en travaillant sur un protocole pour les tout-petits.

Ils prouvent un plus grand défi que les nourrissons et les enfants de cinq ans.

“Entre deux et trois ans, les enfants ne vous écoutent pas”, explique Jung, qui est la mère d’un enfant de trois ans.

Elle et ses camarades de laboratoire essaient des stratégies impliquant une maquette en carton d’un scanner, des dessins animés et des Cheerios.

“Il est fascinant d’explorer comment les humains utilisent différentes parties du cerveau pour des comportements complexes et comment cela change avec l’âge et les expériences”, explique Jung. “Nous jetons les bases des applications cliniques, notamment une meilleure compréhension du développement neuronal typique par rapport à la neurones atypiques.”