Trouver une structure dans la statique du cerveau
Pendant le sommeil, tout le cerveau traverse de longues et lentes vagues d’activité électrique, comme des vagues sur un océan calme. Les scientifiques appellent cet état de conscience « sommeil à ondes lentes ». L’éveil modifie le modèle d’activité électrique en une sensation qui ressemble à un bruit aléatoire. Pourtant, la professeure adjointe du Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL) Tatiana Engel, la boursière postdoctorale Yianling Shi et leurs collaborateurs ont découvert qu’il y avait des modèles dans le bruit.
En examinant la région de traitement visuel d’un cerveau de singe, ils ont trouvé des versions plus petites, plus rapides et plus localisées des grandes ondes de sommeil roulantes. Les formes et la dynamique de ces ondes locales sont liées au degré d’attention de cette partie du cerveau. Les chercheurs pensent que les modèles d’ondes fournissent un indice essentiel pour comprendre l’anesthésie, l’attention et le sommeil.
Le cortex visuel, la partie du cerveau liée au traitement visuel, est comme un écran de télévision qui crée une image à partir d’une collection de points ou de “pixels”. Chaque pixel du cerveau est constitué d’une colonne remplie de neurones qui contiennent tous ensemble.
Les colonnes non stimulées vacillantes entre être sensibles et électriquement actives aux stimuli (“On”) ou inactives et résistantes à l’activité électrique (“Hors champ”). Si une information visuelle (un stimulus) frappe une colonne visuelle qui est “On”, alors l’information est enregistrée comme un énorme pic électrique. Cependant, si des informations visuelles frappent une colonne alors qu’elle est “Désactivée”, elles peuvent ne plus être enregistrées du tout.
Engel et Shi, en coopération avec les professeurs Kwabena Boahen et Tirin Moore de l’Université de Stanford, et le professeur adjoint Nicholas A. Steinmetz de l’Université de Washington, ont découvert que lorsque les singes remarquent une stimulation, les ondes deviennent beaucoup plus courtoises et plus agitées. Les états “On” et “Off” clignotent à travers les colonnes du cortex visuel entraînées par ce stimulus plus rapidement et dans une zone plus petite que lorsque l’attention de l’animal est ailleurs.
Néanmoins, pourquoi un cerveau attentif et éveillé aurait-il l’intention de faire apparaître ses colonnes et de passer à côté d’informations ? Engel à une poignée d’hypothèses. Elle affirme que « le fait de maintenir régulièrement les neurones dans l’état « activé » est énergétiquement dommageable. Une autre raison est que si nous étions toujours réceptifs aux informations, nous devions finir par être submergés ; l’état “Off” aide à supprimer les informations non pertinentes. »
La découverte que le bruit électrique modifie les schémas avec différents états cérébraux aide les chercheurs à comprendre les réponses cérébrales aux médicaments et aux maladies. Et, car les cerveaux des primates sont très bons pour traiter les informations visuelles, les chercheurs en apprentissage automatique pourraient emprunter ses astuces de bruit intelligemment émises pour activer les cerveaux artificiels.
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