De nouvelles perspectives sur les causes des problèmes d'orientation liés à l'âge

Revu par Emily Henderson, B.Sc.10 juin 2020

Notre sens de l'orientation tend à décliner avec l'âge. Dans la revue scientifique « Communications Nature« , des chercheurs du Centre allemand pour les maladies neurodégénératives (DZNE) et des experts des États-Unis rapportent de nouvelles perspectives sur les causes de ce phénomène. Selon leurs résultats, la principale source d'erreurs dans la détermination de la position spatiale et apparemment la cause de l'âge – les problèmes d'orientation associés sont une perception « bruyante » et donc imprécise de la vitesse à laquelle on se déplace. Les résultats de cette étude pourraient contribuer au développement d'outils de diagnostic pour la détection précoce de la démence.

Des stimuli visuels à la rétroaction musculaire et aux signaux relayés par le système vestibulaire – le cerveau humain utilise une large gamme d'entrées sensorielles pour déterminer la position et nous guider à travers l'espace. Une partie essentielle du traitement de l'information nécessaire se produit dans le « cortex entorhinal ». Dans cette zone, qui est présente dans les deux hémisphères cérébraux, il existe des neurones spéciaux qui génèrent une carte mentale de l'environnement physique. Ainsi, les informations sur l'espace réel sont traduites dans un « format de données », que le cerveau peut traiter. « Le système de navigation humaine fonctionne très bien. Mais il n'est pas sans défauts », a expliqué le professeur Thomas Wolbers, chercheur principal au DZNE, site de Magdebourg. « Il est bien connu qu'il y a des gens avec de bonnes compétences d'orientation et ceux qui ont plus de mal à se repérer. Cette capacité diminue généralement avec l'âge, car les personnes âgées trouvent généralement l'orientation spatiale plus difficile que les plus jeunes, en particulier dans un environnement inconnu. » Par conséquent, les chances de se perdre augmentent avec l'âge. « 

Etudier dans l'espace virtuel

Pour comprendre les causes de ce déclin, les scientifiques de DZNE dirigés par Thomas Wolbers, en collaboration avec des experts du Massachusetts Institute of Technology des États-Unis et de l'Université du Texas à Austin, ont conçu une expérience spécifique: un total d'environ 60 jeunes adultes et adultes en bonne santé cognitive. qui étaient équipés de lunettes de « réalité virtuelle » devaient se déplacer et s'orienter – séparément les uns des autres – dans un environnement généré numériquement. Simultanément, les participants se déplaçaient également physiquement le long de chemins alambiqués. Ils étaient assistés par un expérimentateur qui dirigeait la personne testée individuellement par la main. Ce faisant, la véritable locomotion a conduit directement à des mouvements dans l'espace virtuel. « Il s'agit d'un cadre artificiel, mais il reflète des aspects de situations réelles », a déclaré Wolbers.

Au cours de l'expérience, les participants ont été invités à plusieurs reprises à estimer la distance et la direction du point de départ du chemin. Parce que l'environnement virtuel n'offrait que quelques indices visuels d'orientation, les participants devaient se fier principalement à d'autres stimuli. «Nous avons examiné la précision avec laquelle les participants ont pu évaluer leur position dans l'espace et ainsi testé ce que l'on appelle l'intégration de chemin. En d'autres termes, la capacité de déterminer la position en fonction de la conscience corporelle et de la perception de son propre mouvement. L'intégration de chemin est considérée une fonction centrale de l'orientation spatiale « , a expliqué Wolbers.

Modèle « bruyant »

La modélisation mathématique des données mesurées était tout aussi importante que la configuration expérimentale. Ceci était basé sur une approche pour décrire les effets parasites sur la détermination de la position sous forme de bruit. « Le corps humain et ses organes sensoriels sont loin d'être parfaits. Le traitement de l'information dans le cerveau est donc affecté par des problèmes, qui peuvent être interprétés comme du bruit. Cela est similaire à une émission de radio, où le bruit peut superposer le signal réel », a déclaré Wolbers. . « Avec l'aide de notre modèle mathématique, nous avons pu démêler les contributions de diverses sources d'erreur et identifier ce qui fausse le plus le suivi de position et ce qui a peu d'effet. De telles sources d'erreur n'ont jamais été étudiées à ce niveau de détail. »

Par exemple, l'évaluation des données a montré que la rotation du corps en direction du point de départ de la trajectoire était toujours assez précise. Et les erreurs de mémoire n'ont joué pratiquement aucun rôle. « Pour déterminer l'emplacement dans l'espace pendant que vous vous déplacez, vous devez constamment mettre à jour votre position dans votre esprit. Cela vous oblige à vous rappeler où vous étiez quelques instants auparavant. À cet égard, notre analyse n'a trouvé que des erreurs minimes », a déclaré Wolbers.

Une question de vitesse

Conclusion de l'équipe de recherche: Les erreurs d'intégration de trajectoire sont principalement causées par «l'accumulation de bruit interne» dans le traitement de l'information – et ce phénomène est probablement la conséquence d'inexactitudes dans la perception de la vitesse de déplacement. « Il convient de noter que les humains estiment intuitivement les distances parcourues sur la base de la durée et de la vitesse à laquelle ils voyageaient auparavant. Pourtant, notre étude suggère que la source critique d'erreur pour déterminer la position n'est pas la perception du temps, mais des fluctuations apparemment aléatoires dans le accélérer les informations qui parviennent au cerveau « , a déclaré Wolbers.

Cette source d'erreur était dominante tant chez les plus jeunes (âge moyen 22 ans) que chez les adultes plus âgés (âge moyen 69 ans). « Les jeunes sujets étaient généralement meilleurs à l'orientation que les participants plus âgés à l'étude. De manière critique, le bruit interne accumulé augmentait avec l'âge. Ce phénomène est apparemment la principale cause de déficits dans l'intégration des voies et probablement aussi le déclencheur de problèmes d'orientation liés à l'âge. Cependant , nous ne connaissons pas encore l'origine exacte de ce bruit et pourquoi il augmente avec l'âge « , a déclaré Wolbers.

Détection précoce de la démence

Dans des études antérieures, Wolbers et d'autres chercheurs du DZNE avaient constaté que chez les adultes âgés en bonne santé cognitive, certains neurones du cortex entorhinal – appelés cellules de grille -, qui sont essentiels à la navigation spatiale, se déclenchent de manière irrégulière: leur activité est instable. Cela était lié aux difficultés d'orientation liées à l'âge. Les résultats actuels suggèrent que ces instabilités ne sont pas dues à des dysfonctionnements des cellules de la grille elles-mêmes, mais sont causées par du bruit provenant de l'extérieur. Le problème n'est donc pas dans les cellules de la grille mais dans le flux d'informations qui atteint le cortex entorhinal. Cela indique une possibilité de diagnostic précoce de la maladie d'Alzheimer.

« La maladie d'Alzheimer est associée à des dommages au cortex entorhinal à un stade précoce. Il est donc raisonnable de supposer que les troubles d'orientation tels que ceux qui se manifestent dans la maladie d'Alzheimer proviennent de cette région du cerveau. Contrairement aux difficultés d'orientation liées à l'âge, comme notre courant étude suggère « , a expliqué Wolbers. « Cela pourrait fournir une occasion de distinguer les problèmes d'orientation liés à l'âge normaux de ceux causés par la maladie d'Alzheimer. À long terme, notre objectif est de développer des méthodes de diagnostic qui détectent la maladie d'Alzheimer à un stade précoce. Cela pourrait être possible en utilisant des technologies telles que la réalité virtuelle Nous préparons actuellement des études cliniques à ce sujet. «