Feuilles bruissantes, pluie légère à la fenêtre, horloge qui tourne tranquillement – sons étouffés, juste au-dessus du seuil d'audition. Un instant, nous les percevons, le suivant nous ne le faisons pas, même si nous, ou les sons, ne semblent pas changer.
De nombreuses études ont montré que nous ne traitons jamais un stimulus entrant, que ce soit un son, une image ou un toucher, de la même manière. C'est vrai, même si le stimulus est exactement le même. Cela se produit parce que l'impact d'un stimulus sur les régions du cerveau qui le traitent dépend de l'état momentané des réseaux auxquels ces régions du cerveau appartiennent.
Cependant, les facteurs qui influencent et sous-tendent l'état momentané constamment fluctuant des réseaux et si ces états sont aléatoires ou suivent un rythme étaient auparavant inconnus.
Maintenant, des scientifiques de l'Institut Max Planck pour les sciences cognitives et cérébrales humaines (MPI CBS) à Leipzig, en Allemagne, ont découvert que la sensibilité de l'état du réseau, au moment où les informations liées au stimulus atteignent le cortex cérébral, influence la force du le cerveau réagit au stimulus.
Selon l'état du réseau, certaines cellules nerveuses de ce soi-disant cortex somatosensoriel primaire peuvent être plus ou moins «excitables», ce qui façonne le traitement du stimulus suivant dans le cerveau.
Cela signifie que la réponse du cerveau est déjà modulée à l'entrée du cortex cérébral et dépend plus que de la façon dont le stimulus est évalué à des niveaux plus élevés en aval.
«Il y a toujours une certaine quantité d'activité entre les neurones d'un réseau, même s'il n'y a apparemment aucune influence externe sur nous. Ainsi, le système n'est jamais complètement immobile ou inactif», explique Tilman Stephani, doctorant au MPI CBS et premier auteur de l'étude, qui a maintenant été publiée dans le Journal of Neuroscience.
Au contraire, des informations proviennent constamment de l'intérieur du corps sur nos battements cardiaques, notre digestion ou notre respiration, des informations sur notre position dans l'espace, la température et les pensées générées en interne. De plus, une activité neuronale intrinsèque se produit même si les réseaux neuronaux sont isolés de toute entrée. Cela affecte constamment l'excitabilité de divers réseaux cérébraux.
La dynamique des processus internes est donc associée à l'excitabilité du système et donc aussi à la réponse au stimulus. Ainsi, le cerveau ne semble pas fonctionner comme un ordinateur où la même information entrante signifie toujours la même réaction. «
Tilman Stephani, premier auteur de l'étude et doctorant, Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences
Il s'avère que les fluctuations de l'excitabilité corticale ne se produisent pas complètement au hasard mais montrent plutôt un certain modèle temporel: L'excitabilité à un moment dépend des états précédents du réseau et influence les suivants. Les scientifiques appellent cela une dépendance temporelle à long terme ou une autocorrélation de longue durée.
Le fait que l'excitabilité corticale varie de cette manière particulière suggère que les réseaux neuronaux sont en équilibre à un état dit « critique », où il existe un équilibre délicat entre l'excitation et l'inhibition du réseau. Des études théoriques et empiriques antérieures ont indiqué qu'une telle «criticité» peut être un principe fondamental sous-jacent au fonctionnement du cerveau où la transmission de l'information et la capacité sont maximisées.
Stephani et ses collègues fournissent maintenant la preuve que ce principe peut également régir la variabilité des réponses sensorielles du cerveau dans le cerveau humain. Vraisemblablement, cela sert de mécanisme adaptatif du cerveau pour faire face à la variété d'informations qui arrivent constamment de l'environnement. Un seul stimulus ne doit ni exciter l'ensemble du système à la fois ni disparaître trop rapidement.
Cependant, on ne sait toujours pas si une plus grande excitabilité conduit à une expérience plus saillante. En d'autres termes, les participants à l'étude perçoivent-ils l'intensité des stimuli différemment en fonction de l'excitabilité instantanée? Ceci est actuellement testé dans une deuxième étude. «Mais d'autres processus peuvent également jouer un rôle ici», explique Stephani.
« Attention, par exemple. Si vous le dirigez vers autre chose, une première réponse cérébrale forte peut encore se produire. Cependant, des processus cérébraux supérieurs en aval peuvent alors l'empêcher d'être consciemment perçus. »
Les expériences ont été menées en examinant la réponse du cerveau des participants à des milliers de petits courants électriques successifs. Ces stimuli ont été appliqués aux avant-bras des participants pour stimuler le nerf principal du bras.
Ceci, à son tour, a produit une réaction initiale 20 millisecondes plus tard dans une zone spécifique du cerveau, le cortex somatosensoriel. Sur la base des modèles d'EEG évoqués, ils ont pu voir avec quelle facilité chaque stimulus individuel excitait le cerveau.
La source:
Institut Max Planck des sciences cognitives et cérébrales humaines
Référence du journal:
Stephani, T., et al. (2020) Signatures temporelles de la criticité de l'excitabilité corticale humaine comme sondées par les premières réponses somatosensorielles. Journal of Neuroscience. doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0241-20.2020.
