Trace mnésique visuo-spatiale chez l’homme confronté au temps : naviguer ou trouver une stratégie de déplacement, consolider et se rappeler après un long délai

par Nadine Betbeder

Thèse de doctorat en Neurosciences et neuropharmacologie

Sous la direction de Bruno Bontempi et de Francis Eustache.

Soutenue le 15-10-2009

à Bordeaux 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Bordeaux) .

Le jury était composé de Pascal Branchereau.

Les rapporteurs étaient Catherine Thinus-Blanc, Pierre Maquet.


  • Résumé

    La navigation et les modes de déplacement intéressent la communauté scientifique depuis maintenant près d'un demi siècle. Cependant, l’augmentation de l’incidence des troubles dégénératifs du système nerveux central chez l’homme rend plus prégnante la nécessité de compréhension de la navigation et de l’influence du temps sur celle-ci. S'il est connu chez l'homme comme chez le rongeur que l'avancée en âge affecte les capacités à se déplacer dans de vastes environnements, peu de données sont disponibles quant aux processus cognitifs impliqués dans ce type de comportement et leurs éventuelles modulations avec l'âge. La définition des stratégies utilisées, l’incidence respective des mécanismes allocentriques et égocentriques, la capacité de mise en œuvre d’une stratégie au moment demandé, lors d’un rappel à court ou à long délai, l’influence du temps qui passe sont autant de questions que nous avons abordées dans ce travail de thèse. Afin d’effectuer ces études, nous avons développé des tâches en environnements virtuels modélisés sur ordinateur et utilisé des tests neuropsychologiques nécessitant la mobilisation des compétences visuo-spatiales. Dans une première étude utilisant une épreuve de localisation spatiale, les résultats obtenus mettent en évidence chez les personnes âgées, une altération des aptitudes lors de la mise en œuvre d’une stratégie allocentrique, sans atteinte des performances égocentriques. La deuxième étude utilisant une version virtuelle du test de la piscine de Morris reconnu comme une tâche allocentrique chez le rongeur, conforte ces données. De façon similaire dans les deux études, les personnes âgées présentent une altération de la sélection et de l’exécution de la stratégie de déplacement qui s’avère optimale pour résoudre la tâche spatiale. Nous avons également mis en évidence une difficulté, chez ces mêmes participants, à utiliser une représentation mentale globale de l’espace, sans toutefois qu’il soit possible de distinguer si l’origine de cette difficulté vient d’une altération de la formation ou de la récupération de cette « carte cognitive ». Le temps pourrait également jouer son rôle de par le délai entre l'acquisition d'une information spatiale et le moment où il est nécessaire de l’utiliser à nouveau. En étudiant l’effet du délai sur la trace mnésique spatiale, nous avons observé que les sujets jeunes utilisant de façon prédominante une stratégie allocentrique voyaient leurs performances diminuer lors d’un rappel après quatre semaines alors que celles des sujets âgés restaient inchangées. Ceci soulève bien entendu la question de la différence d’encodage des informations entre les sujets jeunes et âgés, avec un versant plus détaillé chez les sujets jeunes, mais surtout s’intègre au sein du débat actuel sur l’existence d’une modification de la trace mnésique qui pourrait selon la théorie des traces multiples de la consolidation, évoluer vers un souvenir plus schématisé avec le délai. Les résultats d’une dernière étude dans laquelle nous manipulons le contexte environnemental de la piscine virtuelle de Morris, amène des arguments en faveur d’une « schématisation » du souvenir au cours de la consolidation, en mettant en évidence une absence de discrimination par les participants, d’un changement des repères spatiaux lors d’un rappel de l’information après six semaines de délai. Toutes ces données sont discutées dans le cadre du débat actuel de la consolidation, notamment sur la contribution de l’hippocampe dans le stockage et le rappel des informations anciennes. A la lumière de nos données, nous proposons une vue intégrative du fonctionnement de l’interface hippocampo-corticale lors des rappels après un court et long délai, en fonction de l’âge.


  • Résumé

    While the detrimental effects of human aging on cognitive functions are well documented, how normal aging affects spatial memory processing and the organization of recent and long-term memories remains unclear. What are the cognitive strategies used when confronted to spatial navigation in large environments? How are the selection and use of these strategies affected by aging? How are recent and long-term remote memories organized as a function of aging during systems-level consolidation? These are the questions we sought to address during the course of this Ph.D. thesis by developing a series of virtual environments aimed at assessing spatial navigation and memory performance in young adults and aged participants. In a first series of experiments, participants were tested for object location memory in a virtual environment (a medieval castle) that enabled shifts in spatial viewpoints between study and test. Aged participants exhibited poor performance relative to young adults only in the shifted view conditions, thus providing strong evidence for a decline in allocentric, but not egocentric, spatial memory. In contrast to young adults, aged participants exhibited difficulties in processing efficiently distal cues of the environment and were less prone to adopt allocentric strategies. Manipulations of the spatial layout of the environment led us to the conclusion that aging seems to preferentially interfere with the capacity to form or use mental representations built upon all pieces of the environmental features which typically, are never in full view in real world large-scale environments. In a second set of experiments, participants were tested in an ecologically-relevant virtual version of the Morris water maze which mimics that classically used in rodents. Aged participants performed more poorly compared to middle-aged and young adults and formed a more schematic spatial memory. They favoured a directional single cue-based strategy to locate the hidden platform contrasting with young adults who formed complex geometrical relationships between distal cues of the environment. A neuropsychological test battery confirmed that binding of unrelated items and abilities to mentally manipulate information were two processes involved in solving the water maze task. Thus, upon acquisition, aged participants had difficulties in forming experientially detailed cognitive maps and in binding unrelated features of the environment into a cohesive spatial memory, possibly indicative of altered hippocampal-frontal circuitry. We next proceeded to examine the organization of spatial memory as a function of time. Long-term memory assessed 4 weeks after acquisition revealed that performance decreased more rapidly in young adults compared to elderly participants, suggesting that the passage of time differentially affects the content of spatial memory, richly detailed spatial memories being more vulnerable to decay than schematic ones. This concept of memory transformation (i.e. memories are not stored in the cortex in their original form) was supported by findings of a last experiment in which we provide evidence that participants failed in detecting changes in the spatial layout of the pool as memories matured over time. All these findings are discussed in the context of the current debate about the concept of memory consolidation which opposes the standard model of memory consolidation to the multiple trace theory, two views which make different predictions about the contribution of the hippocampus to remote memory storage and retrieval. In light of our own findings, we attempt to propose an integrative view of the functioning of the hippocampal-cortical interface during recent and remote memory retrieval as a function of normal aging.


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