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 les 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 les avez trouvées nulle part. Soudain, vous réalisez que vos clés étaient restées devant vous pendant tout ce temps. Pourquoi ne les avez-vous pas vues jusqu'à maintenant ?

Aujourd'hui, une équipe de scientifiques de l'Institut Salk dirigée par le professeur Jean Reynolds a dévoilé des détails sur les mécanismes neuronaux sous-jacents à la perception des objets. Ils ont découvert que des schémas de signaux neuronaux, appelés ondes cérébrales progressives, existent dans le système visuel du cerveau éveillé et sont organisés pour permettre au cerveau de percevoir des objets peu visibles ou difficiles à voir. Ces résultats ont été publiés dans Nature Octobre 7, 2020.

« Nous avons découvert que les objets peu visibles sont beaucoup plus susceptibles d'être vus si leur visualisation est synchronisée avec les ondes cérébrales qui se propagent. Ces ondes stimulent la sensibilité perceptive, ce qui permet de voir à certains moments des choses qui autrement seraient inaccessibles », 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 qui se propagent constituent un processus de collecte d'informations conduisant à la perception d'un objet. »

Les scientifiques ont étudié les ondes cérébrales progressives pendant l'anesthésie, mais les ont considérées comme un artefact de l'anesthésie. L'équipe de Reynolds s'est toutefois demandé si ces ondes existaient dans la partie visuelle du cerveau à l'état d'éveil et si elles jouaient un rôle dans la perception. Ils ont combiné des enregistrements du cortex visuel à des techniques informatiques de pointe pour détecter et suivre ces ondes cérébrales progressives.

« Pour comprendre les mécanismes neuronaux de la perception, nous avons dû développer de nouvelles techniques informatiques permettant de suivre l'activité neuronale du cortex visuel à chaque instant », explique Lyle Muller, co-auteur principal, professeur adjoint financé par BrainsCAN au Département de mathématiques appliquées et à l'Institut du cerveau et de l'esprit de l'Université Western en Ontario, au Canada, et ancien chercheur postdoctoral au laboratoire Sejnowski de Salk. « Nous avons ensuite utilisé ces méthodes informatiques pour identifier les changements survenus dans le système nerveux et permettre ainsi 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 lors d'une tâche de perception visuelle. Ils ont placé une cible sur 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 était repérée. Comme 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 une modification des signaux neuronaux dans le cerveau.

Ils ont découvert que la capacité du cerveau à reconnaître des cibles était directement liée au moment et à l'endroit où les ondes cérébrales se propageaient dans le système visuel : lorsque les ondes se propageaient en alignement avec le stimulus, l'observateur pouvait détecter la cible plus facilement. Ces ondes cérébrales se propageaient plusieurs fois par seconde, comparables à un stade rempli de supporters se levant successivement et levant les bras, puis les baissant et se rasseyant. Il semble que le système visuel perçoive activement l'environnement extérieur, selon l'équipe.

« Il existe 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, sous l'effet de l'activation des neurones locaux. »

« Nous menons notre vie quotidienne en pensant percevoir le monde avec précision, mais en réalité, notre cerveau intègre des détails difficiles à percevoir », explique Zac Davis, co-auteur principal et correspondant de l'article, et chercheur postdoctoral Salk au laboratoire Reynolds. « Nous avons désormais découvert comment le cerveau tisse des informations difficiles à percevoir pour percevoir un objet. »

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

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

Les travaux ont été soutenus par la bourse de biophotonique Dan et Martina Lewis, la Gatsby Charitable Foundation, 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