Vous marchez dans la rue à la recherche de l’adresse que votre amie vous a donnée… mais qu’est-ce qui se passe dans votre cerveau à ce moment-là ? La navigation spatiale mobilise tout une série de nombreuses fonctions cognitives.
En réalité, le “sens de l’orientation” n’est pas une capacité unique, mais un ensemble de tâches coordonnées, réparties entre différentes zones du cerveau, qui travaillent de concert pour que vous arriviez à bon port.
Les fonctions cognitives
Les fonctions cognitives regroupent les capacités mentales du cerveau permettant d'interagir avec l'environnement, telles que l'attention, la mémoire, le langage ; les fonctions exécutives – raisonnement, organisation – et les capacités visuo-spatiales. Elles sont essentielles à notre apprentissage, notre adaptation et notre fonctionnement quotidien, et peuvent être affectées par des troubles cérébraux ou psychiques.
Les capacités mentales. Capacité de comprendre la nature et les effets de l'action dans lequel un individu est engagé.
Principales fonctions cognitives
La mémoire. La mémoire est la capacité à enregistrer des informations venant d'expériences et d'événements divers, à les conserver et à les restituer sous forme de souvenirs, de savoirs ou d'habiletés. La mémoire fait suite à un processus de mémorisation ; elle est le souvenir de faits anciens et récents. Elle inclut la capacité à enregistrer, stocker et récupérer des informations à court et long terme, ainsi que la mémoire de travail pour manipuler des informations temporairement.
Les fonctions exécutives
Les fonctions exécutives sont un ensemble de processus cognitifs de haut niveau qui contrôlent et régulent nos pensées, nos émotions et nos actions, et nous permettent de nous adapter aux situations nouvelles ou complexes.
Elles sont sous la responsabilité principale du cortex préfrontal, une région du cerveau qui continue de se développer jusqu'à l'âge adulte. C’est l’ensemble des capacités à s'organiser, planifier, et résoudre des problèmes complexes.
Les capacités visuo-spatiales
Elles sont essentielles pour des tâches quotidiennes comme s'orienter, estimer des distances et comprendre les relations spatiales entre les objets. Le développement de ces capacités passe notamment par des jeux de construction et des puzzles, et leur dysfonctionnement peut affecter la motricité et le calcul.
La perception (Gnosies). La perception peut être définie comme la capacité visuo-spatiale à capter, traiter et donner un sens à l'information retenue par nos sens. La perception est par conséquent le processus cognitif qui nous permet d'interpréter notre environnement à l'aide des stimuli que nous captons grâce aux organes sensoriels. Elle permet de reconnaître et d'interpréter les informations sensorielles (visuelles, auditives, etc.).
La motricité (Praxies). Les praxies sont des fonctions liées à la motricité et aux mouvements du corps. Il s'agit de la capacité de coordonner et d'adapter des activités gestuelles volontaires dirigées vers un but. Les praxies nous permettent de coordonner, planifier et exécuter des gestes de façon volontaire et spontanée. Ce sont des compétences nécessaires pour réaliser des mouvements complexes et coordonnés.
Importance des fonctions cognitives. Ces fonctions sont cruciales pour notre performance quotidienne, notre autonomie et notre capacité à interagir efficacement avec le monde qui nous entoure. Des dysfonctionnements peuvent entraîner des difficultés dans des tâches simples, de la prise de décision à l'organisation des activités.
*
* *
Savoir se repérer dans l’espace est une compétence fondamentale, mais loin d’être évidente pour tout le monde. Afin de tenter de mieux comprendre pourquoi certaines personnes ont un meilleur sens de l’orientation que d’autres, des chercheurs se sont penchés sur les capacités de navigation que nous mobilisons pour nous repérer dans l’espace.
La relation entre les capacités spatiales liées aux objets et les performances en matière de navigation virtuelle
Des chercheurs de l’University College of London, Trinity College (Dublin), McGill University (Montreal), University of California, University of East Anglia (Norwich, G.B.) Centre de la recherche scientifique (CNRS) dans une étude, publiée sur PloS One en mai 2024, se sont penchés sur les capacités de navigation que nous mobilisons pour nous repérer dans l’espace.
La navigation spatiale est un comportement multiforme qui fait appel à de nombreux aspects différents de la cognition. Les capacités visuo-spatiales, telles que la rotation mentale et la mémoire de travail visuo-spatiale, en particulier, peuvent être des facteurs clés.
 |
| Sea Hero Quest |
Les 78 participants de l’étude ont joué pendant plusieurs heures au jeu vidéo Sea Hero Quest sur des téléphones et des tablettes. Leur mission : traverser différents environnements aquatiques en réalisant des tâches variées, telles que rallier des points de rencontre ou encore se déplacer le long d’une rivière pour trouver un objet, avant de le rapporter au point de départ.
Une série de tests ont été mis au point pour évaluer le traitement et la mémoire visuo-spatiaux, mais le lien entre ces tests et la capacité de navigation reste flou. Ils ont utilisé trois tests de navigation distincts intégrés à SHQ : l'orientation, l'intégration de trajectoire et la mémoire spatiale dans un labyrinthe radial.
 |
| Test de Corsi |
Ils ont trouvé peu de corrélations fortes entre leurs mesures. Être doué pour s'orienter dans un test de navigation virtuelle ne signifie pas qu'une personne sera également douée pour l'intégration de trajectoire, qu'elle aura une mémoire supérieure dans un labyrinthe à bras radiaux ou qu'elle s'estimera dotée d'un bon sens de l'orientation.
Cependant, ils ont observé que les participants qui étaient doués pour la tâche d'orientation du SHQ avaient tendance à obtenir de bons résultats dans les trois tâches visuo-spatiales examinées ici, et à utiliser également une stratégie de repères dans la tâche du labyrinthe radial. Ces résultats permettent de clarifier les associations entre les différentes capacités impliquées dans la navigation spatiale.
 |
| Labyrinthe radial |
Les individus qui privilégient les repères visuels (la forme d’une île, d’une montagne ou d’un palmier virtuel, par exemple) se repèrent mieux que ceux qui utilisent une méthode de comptage du nombre de pas ou de virages.
De plus, ceux qui se considèrent comme de bons navigateurs n’enregistrent pas nécessairement de meilleurs résultats que les autres. En effet, les individus ont tendance à s’évaluer en fonction de leur capacité à utiliser un GPS, une tâche un peu moins complexe que celles mobilisées dans le cadre du test.
Il est important de comprendre ce lien afin de faire progresser les tests de navigation pour le suivi de diverses maladies (par exemple, la maladie d'Alzheimer) dont l'un des premiers symptômes est une déficience spatiale.
Changement structurel lié à la navigation dans l'hippocampe des chauffeurs de taxi
Des scientifiques de l'Université McGill (Montréal) ont démontré dans une étude, publiée dans PNAS (The Proceedings of the National Academy of Sciences) en mars 2000, que les chauffeurs de taxi londoniens, qui doivent mémoriser la géographie complexe de la ville, ont un volume de matière grise plus important dans l'hippocampe postérieur droit.
 |
| Chauffeur de taxi londonien |
L'hippocampe postérieur des chauffeurs de taxi était significativement plus grand que celui des sujets témoins. Une région hippocampique plus antérieure était plus grande chez les sujets témoins que chez les chauffeurs de taxi. Le volume de l'hippocampe était corrélé au nombre d'années passées comme chauffeur de taxi, positivement dans l'hippocampe postérieur et négativement dans l'hippocampe antérieur.
Ces données concordent avec l'idée que l'hippocampe postérieur stocke une représentation spatiale de l'environnement et peut s'étendre régionalement pour permettre l'élaboration de cette représentation chez les personnes qui dépendent fortement de leurs capacités de navigation.
L'étude a démontré la plasticité cérébrale chez l'adulte et comment l'expérience peut modifier la structure d'une zone cérébrale telle que l'hippocampe afin de s'adapter aux exigences d'un environnement complexe.
Selon les chercheurs, cette étude menée auprès de chauffeurs de taxi londoniens montre qu'en raison de leur entraînement intensif à la navigation, ceux-ci ont un volume de matière grise plus important dans l'hippocampe postérieur que les non-chauffeurs de taxi, ce qui démontre la plasticité cérébrale et un hippocampe plus grand, capable de stocker une “carte mentale” de la ville.
Ce changement structurel est lié à la mémoire spatiale et à l'orientation, et illustre la manière dont le cerveau adulte s'adapte aux stimuli environnementaux et aux expériences complexes.
L'entropie et un sous-groupe de mesures géométriques des chemins prédisent la navigabilité d'un environnement
Des chercheurs des universités de Sheffield, Stirling, Northumbria (Grande Bretagne) et du CNRS ont révélé dans une étude, publiée par ScienceDirect en 2023, que l'entropie – niveau d’organisation – environnementale et des mesures géométriques spécifiques sont des indicateurs significatifs de la facilité ou de la difficulté de navigation dans un environnement.
 |
| Sea Hero Quest |
Les chercheurs ont analysé 478 170 trajectoires de 10 626 participants ayant navigué dans 45 environnements virtuels grâce au jeu. Les environnements virtuels ont été conçus pour varier selon diverses propriétés telles que leur disposition, le nombre d'objectifs, la visibilité (brouillard variable) et l'état de la carte.
Ils ont calculé 58 mesures spatiales regroupées en quatre familles : métriques spécifiques à la tâche, métriques configurationnelles de la syntaxe spatiale, métriques géométriques de la syntaxe spatiale et métriques géométriques générales.
Principaux résultats
L'entropie et les caractéristiques géométriques sont des facteurs prédictifs clés. L'étude a révélé qu'une entropie environnementale élevée et des caractéristiques géométriques telles que la surface navigable et le nombre d'anneaux – chemins circulaires – étaient de bons indicateurs de difficulté de navigation.
Les facteurs spécifiques à la tâche et les facteurs environnementaux jouent également un rôle. Des éléments spécifiques à la tâche, tels que le nombre de destinations, et les conditions environnementales comme le brouillard ont également influencé la difficulté de navigation.
Ces résultats ont des implications pour l'étude du comportement spatial en milieu écologique. Ils peuvent éclairer la conception d'environnements navigables d'espaces physiques et virtuels plus intuitifs et plus faciles à parcourir.
Malgré des recherches approfondies sur la navigation, on ignore encore quelles caractéristiques d'un environnement prédisent la difficulté de navigation.
Pourquoi les personnes âgées perdent-elles le sens de l'orientation ?
Selon des chercheurs du Centre allemand pour les maladies neuro-dégénératives (DZNE) dans une étude, publiée par la revue Current Biology en mars 2018, la mort des cellules du système spatial cérébral pourrait expliquer pourquoi les personnes âgées ont tendance à se perdre.
L'orientation spatiale et la navigation sont considérées comme faisant partie des capacités les plus complexes du cerveau humain, car elles nécessitent le traitement d'un flux d'informations important, notamment des stimuli sensoriels et des signaux d'équilibre musculaires.
Les scientifiques ont comparé les schémas d'activité cérébrale d'un groupe de jeunes et de personnes âgées effectuant une série de tâches d'orientation afin de comprendre pourquoi le sens de l'orientation a tendance à s'estomper avec l'âge.
Ils ont constaté qu'une zone du cerveau essentielle au fonctionnement spatial devient de plus en plus instable avec l'âge chez les adultes en bonne santé, et de même chez les personnes atteintes de maladies dégénératives comme la maladie d'Alzheimer.
Les cellules de la grille sont des cellules cérébrales qui agissent comme un système de coordonnées internes, se déclenchant à une série de points formant une grille hexagonale à travers notre environnement lorsque nous nous y déplaçons.
Ils ont réparti 41 adultes en bonne santé en deux groupes : un groupe “jeunes” composé de 20 participants âgés de 19 à 30 ans, et un groupe “âgés” composé de participants âgés de 63 à 81 ans.
Dans la seconde expérience, les participants se déplaçaient le long de parcours prédéfinis dans un espace réel et un environnement de réalité virtuelle, avec des arrêts ponctuels où ils devaient estimer leur distance et leur orientation par rapport au point de départ, sans pouvoir le voir ni le localiser avec précision.
Tout bien considéré, les jeunes participants ont obtenu de meilleurs résultats en navigation, ce qui concorde avec les études précédentes. Cependant, les chercheurs ont constaté une association entre une diminution des performances de navigation et des déficits d'activité des cellules de la grille.
Les résultats ont montré que les schémas d'activation des cellules de la grille étaient moins stables chez les personnes âgées, ce qui pourrait expliquer pourquoi celles-ci ont souvent des difficultés à se repérer dans l'espace.
Ces résultats pourraient à terme servir non seulement à ralentir la détérioration des capacités d'orientation, mais aussi à diagnostiquer et à traiter les maladies responsables du déclin cognitif et à donner aux personnes âgées plus d'autonomie.
Outre leur rôle dans la navigation, les cellules de la grille sont également utilisées dans d'autres fonctions cognitives.
Selon les auteurs ces résultats apportent un éclairage sur les changements neurophysiologiques liés à la vieillesse, qui pourraient être utilisés pour la conception de traitements contre des maladies comme la maladie d'Alzheimer, responsables du déclin cognitif.
L'évaluation des performances de navigation et du fonctionnement des cellules de grille pourrait faciliter le diagnostic précoce de la maladie d'Alzheimer et d'autres maladies neuro-dégénératives.
Bien que des recherches supplémentaires soient nécessaires dans ce domaine, ces résultats jettent les bases de futures études sur le déclin de la santé lié à l'âge chez les adultes et les personnes atteintes de troubles cérébraux.
* *
*
Fonctionnement du sens de l’orientation
Localisation initiale. La capacité à déterminer sa position actuelle en utilisant des repères environnementaux.
Choix d'itinéraire. La sélection d'un chemin vers la destination souhaitée, basée sur une représentation mentale de l'espace.
Suivi de l'itinéraire. La vérification que le trajet choisi mène correctement à la destination.
Reconnaissance de la destination. L'identification correcte du point d'arrivée.
Quels facteurs l'influencent ?
Apprentissage et environnement. L'expérience et l'apprentissage jouent un rôle clé ; une exposition régulière à des environnements complexes peut améliorer cette capacité.
Facteurs biologiques. Le cerveau utilise des neurones spécialisés, appelés cellules de lieu, de direction et de grille, dans l'hippocampe pour traiter ces informations.
Facteurs sociaux et culturels. L'éducation et les pratiques sociales, comme l'autonomie de déplacement, peuvent influencer le développement du sens de l'orientation.
Oui, le sens de l'orientation peut être développé, notamment en s'exerçant à se diriger sans outils technologiques et en prenant le temps de s'orienter. S'essayer à se perdre dans un environnement sûr peut aider à activer l'hippocampe et à améliorer cette capacité.
***
Le cerveau cartographe
S’il existe bien une structure cérébrale particulièrement impliquée, c’est l’hippocampe. Cette structure jumelle, une par hémisphère, possède une forme allongée qui rappelle le poisson dont elle tire son nom.
Le sens de l’orientation n’est pas inné
 |
| Sea Hero Quest |
Les participants ne partageaient pas seulement leurs performances dans le jeu, mais fournissaient également des informations démographiques (âge, genre, niveau d’éducation, etc.), la ville dans laquelle ils avaient grandi, ou encore leurs habitudes de sommeil.
Les hommes ont-ils vraiment “un GPS dans la tête” ?
En Norvège ou en Finlande, l’écart est quasi nul, contrairement au Liban ou à l’Iran. Ce ne serait pas le sexe, mais les inégalités sociales et les stéréotypes culturels qui peuvent, à force, affecter la confiance des personnes en leur capacité à se repérer, et donc leurs performances réelles.
L’âge joue aussi un rôle : durant l’enfance, nous développons très tôt les compétences nécessaires à l’orientation et à la navigation spatiales. La création de cartes mentales d'un lieu est une capacité qui se développe chez la plupart d'entre nous avant l'âge de huit ans. Après 60 ans, les capacités visuo-spatiales déclinent, tout comme le sens de l’orientation, qui repose, comme on l’a vu, sur de nombreuses fonctions cognitives.
Le sens de l’orientation est façonné par l’environnement
La forme même de la ville, et plus précisément son niveau d’organisation – que l’on appelle parfois “entropie” – influence également nos capacités d’orientation. Certaines villes très organisées, aux rues bien alignées, comme de nombreuses villes états-uniennes, présentent une entropie faible.
Même l’âge auquel on apprend à conduire peut jouer. Les adolescents qui prennent le volant avant 18 ans semblent mieux se repérer que celles et ceux qui s’y mettent plus tard. Une exposition plus précoce à la navigation en autonomie sans aide extérieure (adulte, GPS…) pourrait renforcer ces compétences.
8 façons d'améliorer votre sens de l'orientation
Vous avez du mal à vous orienter ? Vous faites partie de ceux qui, pour se rendre à une destination donnée, au lieu de prendre le chemin le plus court, finissent par faire un détour énorme ?
Ou peut-être êtes-vous de ceux qui répètent sans cesse “je ne suis pas perdu, je suis simplement désorienté” ?
1. Planifiez votre itinéraire. Si vous avez accès à Google Streetview ou à des photos de l'endroit où vous devez vous rendre, imaginez-vous en train de parcourir l'itinéraire, en visualisant ce qui vous entoure. À chaque bifurcation, essayez de repérer des points de référence, comme un objet ou un établissement qui attire votre attention. Votre mémoire s'en souviendra lorsque vous emprunterez réellement cet itinéraire.
3. Concentrez-vous. Téléphoner, envoyer des SMS ou même penser à autre chose affecte votre sens de l'orientation. Essayez de vous concentrer sur ce que vous faites et observez ce qui vous entoure.
4. Trouvez des points de repère. Essayez de repérer quelque chose qui vous est familier ou qui se distingue et gardez-le toujours à l'œil. Si vous êtes dans un village ou une ville, cela peut être le bâtiment le plus haut. À chaque étape, vérifiez où vous vous trouvez par rapport à ce point : cela vous aidera à construire une carte mentale de la zone que vous devez parcourir.
6. Créez des souvenirs. Essayez d'associer les endroits que vous traversez à certains souvenirs, cela vous aidera à reconnaître le chemin à suivre. Ce conseil peut être particulièrement utile lorsque vous devez refaire le même trajet. Si vous aviez une conversation ou écoutiez une chanson lorsque vous avez fait ce trajet pour la première fois, ce sont des souvenirs utiles que vous pouvez utiliser comme indices pour reconnaître le chemin lorsque vous devrez le refaire.
8. Souvenez-vous de vos pas. Construisez une carte mentale du trajet et vous vous sentirez plus en confiance la prochaine fois que vous devrez le refaire. Une fois votre trajet terminé, essayez de revenir par le chemin que vous avez suivi mentalement. Cela renforcera les connexions neuronales dans votre cerveau, les consolidant et renforçant vos souvenirs.
Si vous vous sentez toujours perdu et ne savez pas où aller, vous pouvez toujours utiliser le GPS de votre téléphone portable, mais sachez que plus vous vous fiez à la technologie, moins vous exercez votre sens de l'orientation.
Pour nous orienter, nous avons essentiellement besoin que deux parties de notre cerveau
travaillent ensemble : l'hippocampe, où nous formons des cartes, et le cortex pré-frontal, où
nous élaborons des plans et prenons des décisions. Ce qu’on appelle le sens de l’orientation
n’est pas prédéfini. Il se construit au fil des expériences, de l’environnement, et des apprentissages.
Voir aussi…
