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 manquer quelque chose que vous ne cherchez pas. Dans un exemple célèbre, on a demandé aux gens d'observer de près deux groupes de personnes - un groupe vêtu de noir, l'autre de blanc - se passer une balle entre eux. Les téléspectateurs ont été invités à compter le nombre de fois où la balle est passée du noir au blanc. Remarquablement, la plupart des observateurs n'ont pas remarqué un homme en costume de gorille marchant parmi les joueurs. Cette capacité du cerveau à ignorer les informations visuelles superflues est essentielle à notre façon de travailler et de fonctionner, mais les processus qui régissent la perception et l'attention ne sont pas entièrement compris. Les scientifiques ont longtemps théorisé 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 (« bruit » cérébral).

Maintenant, les scientifiques de Salk ont ​​confirmé cette théorie en montrant comment trop de bruit de fond provenant des neurones peut interrompre l'attention focalisée et amener le cerveau à lutter pour percevoir les objets. Les découvertes, parues dans eLife le 22 février 2019, pourrait aider à améliorer la conception des prothèses visuelles.

"Cette étude nous informe sur la façon dont les informations sont encodées dans les circuits électriques du cerveau", déclare 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. Au-dessus de cette réponse évoquée par le stimulus se superposent de grandes fluctuations à 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 à basse fréquence sont supprimées. Les modèles théoriques du traitement de l'information neuronale suggèrent que de telles fluctuations devraient altérer la perception et que l'attention améliore la perception en filtrant ces fluctuations.

Pour tester directement cette idée, les chercheurs se sont tournés vers une technologie de pointe appelée optogénétique, une technique qui peut affecter l'activité des neurones en dirigeant des lasers sur des protéines activées par la lumière. L'équipe a utilisé un protocole de stimulation laser à basse fréquence dirigé vers une région visuelle du cerveau chez les animaux pour créer des fluctuations de réponse à basse fréquence, les fluctuations neurales mêmes que l'attention supprime. Ils en ont mesuré l'impact sur la capacité de l'animal à détecter un léger changement d'orientation d'un stimulus visuel présenté sur un écran d'ordinateur. Comme prédit par la théorie, le bruit ajouté a altéré la perception. Ensuite, ils ont 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 cette idée théorique selon laquelle l'augmentation du bruit de fond peut nuire à la perception est testée", déclare le premier et correspondant auteur Anirvan Nandy, professeur adjoint à la Yale University School of Medicine et ancien chercheur de Salk. "Nous avons confirmé que l'attention fonctionne en grande partie en supprimant cette activité coordonnée de déclenchement des neurones."

« Ce travail ouvre une fenêtre sur le code neuronal et fera partie de notre compréhension des mécanismes neuronaux sous-jacents à la perception. Une compréhension plus approfondie du langage neuronal de la perception sera essentielle à la construction 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 dans le cerveau afin de mieux comprendre les fondements neurologiques de l'attention et de la perception.

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

Le travail a été financé par la Brain and Behavior Research Foundation, les National Institutes of Health (subventions R01 EY021827, T32 EY020503 et R00EY025026), les National Institutes of Health Blueprint for Neuroscience Research et la Gatsby Charitable Foundation.

DOI: 10.7554 / eLife.35123