Le cortex cérébral est la plus grande partie du cerveau d'un mammifère, et par certains mesures les plus importants. Chez l'homme en particulier, c'est là que la plupart des choses se produisent, la pensée, le stockage de la mémoire et la prise de décision. Une hypothèse actuelle suggère que le rôle principal du cortex est de prédire ce qui va se passer à l'avenir en identifiant et en codant pour de nouvelles informations qu'il reçoit du monde extérieur et en la comparant à ce qui devait se produire.
Une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans la revue Neurone fait un grand pas vers la prouvance de cette hypothèse. L'auteur principal du journal est Yuriy Shymkiv, un boursier postdoctoral dans le laboratoire du professeur Rafael Yuste.
Nous avons constaté que le cortex agit comme une machine à mémoire, codant pour de nouvelles expériences et prédisant un avenir très proche. «
Yuriy Shymkiv, auteur principal du papier
« Cette étude donne beaucoup de compréhension du rôle du cortex cérébral, et des maladies comme la schizophrénie où le cortex semble défaut mal », a déclaré Yuste, notant qu'il contribue également à clarifier les processus importants dans le cerveau normal. « La nouveauté est la différence entre ce que vous avez prédit se produira et ce qui s'est réellement passé. Cette recherche montre que le cortex cérébral détecte continuellement de nouveaux stimuli, afin de changer et d'améliorer ses prédictions de l'avenir. La détection de nouveauté est une fonction critique pour les humains et d'autres animaux. «
L'équipe a commencé ses recherches en concevant une étude pour identifier comment les souris ont répondu à un mélange de stimuli sensoriels familiers et nouveaux. Les stimuli de l'expérience étaient des sons joués à différents hauteurs. Après avoir imaginé le cortex auditif des souris, une partie du cortex cérébral qui traite le son, ils ont constaté que des groupes de neurones répondaient non seulement à ce que le son était joué, mais aussi à quel point il était nouveau. Curieusement, ils ont constaté que chaque son laissait une trace d'activité neuronale, qu'ils appellent un «écho», qui a suivi les entrées sensorielles au fil du temps, et a formé des souvenirs à court terme des entrées récentes. Ces échos d'activité ont non seulement fait en sorte que chaque stimulus entrant a conduit à une réponse unique, mais a également servi à sélectionner des stimuli qui sont nouveaux, ce qui fait que ces réponses deviennent beaucoup plus fortes.
Pour approfondir leur compréhension de ces résultats, l'équipe a construit un modèle de réseau neuronal du cortex auditif et l'a formé pour détecter les stimuli nouveaux. Il a reproduit ce qu'ils avaient vu chez la souris, montrant que les réseaux de neurones ont également utilisé des «échos» d'activité pour stocker un modèle de l'environnement et l'ont utilisé pour détecter le changement. Ils ont conclu que la façon dont le cortex est câblé, avec des boucles de neurones connectés, fait de la détection de nouveauté une propriété émergente automatique du réseau.
« C'est un bond en avant pour comprendre comment le cerveau fait un si bon travail de détection de nouveauté », a déclaré Yuste, notant que le modèle créé par Shymkiv s'appuie sur les idées de John Hopfield, qui a remporté le prix Nobel l'année dernière pour la construction de réseau neuronal Modèles et intelligence artificielle pionnière.
La recherche offre également de nouveaux informations sur le rôle principal que le cortex cérébral joue dans la schizophrénie. Les cliniciens savent depuis de nombreuses années que les personnes atteintes de schizophrénie ne sont pas aptes à distinguer de nouvelles informations des anciennes informations. Les scientifiques ont essayé de tenir compte de ces résultats en interprétant le comportement des neurones individuels mais ont fini par rencontrer des difficultés. L'une des principales idées de cet article est sa découverte que la détection de nouveauté n'est pas le travail des neurones uniques mais des réseaux de neurones.
« Nous sommes très ravis que ces résultats puissent approfondir notre compréhension de cette partie cruciale du cerveau et potentiellement offrir un aperçu important des cas où ces fonctions tournent mal – et des moyens de le réparer », a déclaré Yuste.
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