Comment l'attention aide le cerveau à percevoir un objet

Comment l'attention aide le cerveau à percevoir un objet

Les scientifiques de Salk découvrent que l’attention coupe le « bruit » cérébral qui altère la perception visuelle

LA JOLLA — Il est facile de passer à côté de quelque chose que l'on ne cherche pas. Dans un exemple célèbre, on a demandé à des personnes d'observer attentivement deux groupes de personnes – l'un vêtu de noir, l'autre de blanc – se passer un ballon. On leur a demandé de compter le nombre de fois que le ballon passait du noir au blanc. Étonnamment, la plupart des observateurs n'ont pas remarqué un homme déguisé en gorille, marchant parmi les joueurs. Cette capacité du cerveau à ignorer les informations visuelles parasites est essentielle à notre fonctionnement, mais les processus qui régissent la perception et l'attention ne sont pas entièrement compris. Les scientifiques émettent depuis longtemps l'hypothèse que l'attention portée à un objet particulier peut altérer la perception en amplifiant certaines activités neuronales et en supprimant l'activité d'autres neurones (le « bruit cérébral »).

Des scientifiques de Salk ont confirmé cette théorie en montrant comment un bruit de fond excessif provenant des neurones peut perturber l'attention et empêcher le cerveau de percevoir les objets. Ces résultats, publiés dans eLife le 22 février 2019, pourrait contribuer à améliorer la conception des prothèses visuelles.

« Cette étude nous informe sur la manière dont l'information est codée dans les circuits électriques du cerveau », explique le professeur Salk. Jean Reynolds, auteur principal de l'article. « Lorsqu'un stimulus apparaît devant nous, cela active une population de neurones qui sont sélectifs pour ce stimulus. À cette réponse évoquée par le stimulus s'ajoutent d'importantes fluctuations de basse fréquence de l'activité neuronale.

Des travaux antérieurs du laboratoire de Reynolds ont montré que lorsque l'attention est dirigée vers le stimulus, ces fluctuations de basse fréquence sont supprimées. Les modèles théoriques du traitement de l'information neuronale suggèrent que ces fluctuations devraient altérer la perception et que l'attention améliore la perception en les filtrant.

Pour tester directement cette idée, les chercheurs ont eu recours à une technologie de pointe appelée optogénétique, une technique capable d'influencer l'activité des neurones en projetant des lasers sur des protéines activées par la lumière. L'équipe a utilisé un protocole de stimulation laser basse fréquence ciblant une région cérébrale visuelle chez des animaux afin de créer des fluctuations de réponse basse fréquence – ces mêmes fluctuations neuronales que l'attention supprime. Ils ont mesuré l'impact de ce phénomène sur la capacité de l'animal à détecter un léger changement d'orientation d'un stimulus visuel présenté sur un écran d'ordinateur. Comme le prédisait la théorie, le bruit ajouté altérait la perception. Ils ont ensuite répété l'expérience, mais en utilisant un protocole laser différent pour induire des fluctuations sur une plage de haute fréquence que l'attention ne supprime pas. Conformément à la théorie, cela n'a eu aucun impact sur la perception.

« C'est la première fois que l'idée théorique selon laquelle un bruit de fond accru peut altérer la perception est testée », explique Anirvan Nandy, premier auteur et auteur correspondant, professeur adjoint à la faculté de médecine de l'université Yale et ancien chercheur de Salk. « Nous avons confirmé que l'attention fonctionne en grande partie en supprimant cette activité neuronale coordonnée. »

« Ces travaux ouvrent une fenêtre sur le code neuronal et contribueront à notre compréhension des mécanismes neuronaux sous-jacents à la perception. Une compréhension plus approfondie du langage neuronal de la perception sera essentielle à la conception de prothèses visuelles », ajoute Reynolds, titulaire de la chaire Fiona et Sanjay Jha en neurosciences.

Ensuite, les scientifiques prévoient d’examiner les différents types de cellules qui composent le circuit visuel du cerveau afin de mieux comprendre les fondements neurologiques de l’attention et de la perception.

Parmi les autres auteurs figuraient Jonathan J. Nassi, ancien membre du Salk Institute, et Monika P. Jadi de l'Université Yale.

Les travaux ont été financés par la Brain and Behavior Research Foundation, les National Institutes of Health (subventions R01 EY021827, T32 EY020503 et R00EY025026), le National Institutes of Health Blueprint for Neuroscience Research et la Gatsby Charitable Foundation.

DOI: 10.7554 / eLife.35123