Les ondes cérébrales itinérantes aident à détecter les objets difficiles à voir

Les ondes cérébrales itinérantes aident à détecter les objets difficiles à voir

Les scientifiques de Salk découvrent des modèles d'ondes neuronales dans le cerveau éveillé qui aident à détecter des objets

LA JOLLA—Imaginez que vous êtes en retard au travail et que vous cherchez désespérément vos clés de voiture. Vous avez cherché partout dans la maison, mais vous ne semblez pas les trouver nulle part. Tout à coup, vous réalisez que vos clés sont restées devant vous tout le temps. Pourquoi ne les avez-vous pas vus jusqu'à maintenant ?

Maintenant, une équipe de scientifiques de l'Institut Salk dirigée par le professeur Jean Reynolds a découvert des détails sur les mécanismes neuronaux sous-jacents à la perception des objets. Ils ont découvert que des modèles de signaux neuronaux, appelés ondes cérébrales itinérantes, existent dans le système visuel du cerveau éveillé et sont organisés pour permettre au cerveau de percevoir des objets faibles ou difficiles à voir. Les conclusions ont été publiées dans Nature Octobre 7, 2020.

«Nous avons découvert que les objets faibles sont beaucoup plus susceptibles d'être vus si la visualisation de l'objet est synchronisée avec les ondes cérébrales en mouvement. Les ondes facilitent en fait la sensibilité perceptuelle, il y a donc des moments où vous pouvez voir des choses que vous ne pourriez pas voir autrement », explique Reynolds, auteur principal de l'article et titulaire de la chaire Fiona et Sanjay Jha en neurosciences. "Il s'avère que ces ondes cérébrales itinérantes sont un processus de collecte d'informations conduisant à la perception d'un objet."

Les scientifiques ont étudié les ondes cérébrales itinérantes pendant l'anesthésie, mais ont rejeté les ondes comme un artefact de l'anesthésie. L'équipe de Reynolds s'est toutefois demandé si ces ondes existaient dans la partie visuelle du cerveau pendant l'éveil et si elles jouaient un rôle dans la perception. Ils ont combiné des enregistrements dans le cortex visuel avec des techniques informatiques de pointe qui leur ont permis de détecter et de suivre les ondes cérébrales itinérantes.

« Afin de comprendre les mécanismes neuronaux de la perception, nous devions développer de nouvelles techniques de calcul pour suivre l'activité neuronale dans le cortex visuel à chaque instant », explique le co-premier auteur Lyle Muller, professeur adjoint financé par BrainsCAN au Département de mathématiques appliquées. et le Brain and Mind Institute de l'Université Western en Ontario, au Canada, et auparavant boursier postdoctoral au laboratoire Sejnowski de Salk. "Nous avons ensuite utilisé ces méthodes de calcul pour découvrir quel changement se produisait dans le système nerveux pour permettre soudainement la reconnaissance d'objets."

Les scientifiques ont enregistré l'activité des neurones d'une zone du cerveau contenant une carte complète du monde visuel. Ils ont ensuite suivi les trajectoires des ondes cérébrales itinérantes lors d'une tâche de perception visuelle. Les scientifiques ont tenu une cible à l'écran au seuil de visibilité, de sorte que les observateurs ne pouvaient détecter l'objet que 50 % du temps, et ont enregistré le moment où la cible a été repérée. Étant donné que la cible ne changeait pas, les chercheurs ont estimé que la capacité de l'observateur à percevoir l'objet seulement la moitié du temps devait être due à un changement dans les signaux neuronaux à l'intérieur du cerveau.

Ils ont découvert que la capacité du cerveau à reconnaître les cibles était directement liée au moment et à l'endroit où les ondes cérébrales itinérantes se produisaient dans le système visuel : lorsque les ondes itinérantes s'alignaient sur le stimulus, l'observateur pouvait détecter la cible plus facilement. Ces ondes cérébrales itinérantes, qui se produisaient plusieurs fois par seconde, ressemblaient à un stade d'amateurs de sport successivement debout et levant les bras, puis les abaissant et se rasseyant. Il semble que le système visuel détecte activement l'environnement extérieur, selon l'équipe.

"Il y a un niveau d'activité spontané dans le cerveau qui semble être régulé par ces ondes progressives", explique le professeur Salk. Terrence Sejnowski, auteur de l'article et titulaire de la chaire Francis Crick. "Nous pensons que les ondes sont le produit de l'activité qui se propage dans le cerveau, entraînée par l'activation des neurones locaux."

"Nous menons notre vie quotidienne en pensant que nous voyons le monde avec précision, mais, en fait, notre cerveau remplit des détails difficiles à voir", déclare Zac Davis, co-premier et auteur correspondant de l'article et un Salk stagiaire postdoctoral au laboratoire Reynolds. "Maintenant, nous avons découvert comment le cerveau tisse ensemble des informations difficiles à voir pour percevoir un objet."

À l'avenir, les scientifiques prévoient d'examiner si ces ondes cérébrales sont coordonnées dans différentes régions du cerveau consacrées à la vision. Les chercheurs émettent l'hypothèse que les ondes cérébrales pourraient servir de passerelle entre le traitement sensoriel et la perception consciente qui émerge du cerveau dans son ensemble.

Julio-Martinez Trujillo de l'Université Western est également l'un des auteurs de cet article.

Le travail a été soutenu par la bourse Dan et Martina Lewis Biophotonics ; la Fondation caritative Gatsby ; la chaire Fiona et Sanjay Jha en neurosciences; l'Institut canadien de recherche en santé; la Fondation Swartz; et les National Institutes of Health (R01-EY028723, T32 EY020503-06 et T32 MH020002-16A).

DOI: 10.1038 / s41586-020-2802-y