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Comprendre la conscience en un clin d’œil

by Eva Voinigescu févr. 13 / 17
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L’humain moyen cligne des yeux toutes les cinq secondes, se fermant les paupières et bloquant complètement la vision. Au fil d’une vie, ces clignements correspondent à des milliers d’heures en état d’éveil passées les yeux fermés, mais grâce à notre système visuel complexe ces clignements automatiques ne s’inscrivent pas dans notre expérience consciente.

« Nous tendons à croire que nous voyons parce que nous ouvrons les yeux et que nous captons le monde qui nous entoure, mais les clignements spontanés nous indiquent qu’il s’agit là d’une réflexion naïve. Nous voyons parce que le système visuel est occupé à créer une image », dit Rafi Malach (Institut des sciences Weizmann), Boursier principal au sein du programme Cerveau, esprit et conscience de l’ICRA.

La capacité qu’a l’humain de percevoir le monde qui l’entoure comme un phénomène continu, malgré les interruptions constantes causées par le clignement et le mouvement oculaire, est un exemple puissant de la différence entre l’information que voient nos yeux et ce que perçoit notre cerveau. Malach est l’un des chercheurs qui visent à rehausser notre compréhension des mécanismes neuronaux responsables de notre expérience stable et continue du monde visuel.

« Une grande partie de notre expérience consciente s’articule autour de la vision, dit Malach. Nous sommes des animaux très visuels, et la richesse et la vivacité de la vision sont d’une grande puissance chez l’humain. »

Pour Malach, dont le laboratoire se concentre sur la vision humaine, le système visuel constitue un bon modèle pour comprendre la conscience humaine. Il permet aux chercheurs de manipuler facilement des intrants visuels externes pour démontrer la dissociation entre l’information que reçoivent les yeux et l’expérience consciente résultante.

Des données issues de deux articles récents publiés par le laboratoire de Malach suggèrent que la perception est en fait liée aux régions visuelles cérébrales supérieures, plutôt qu’au cortex visuel primaire, où l’information visuelle est d’abord traitée.

« L’univers perceptif, l’état de perception consciente, ne semble pas “lire” directement ce qui se passe dans le cortex visuel primaire, dit Malach. Les événements qui se produisent dans le cortex visuel primaire ne semblent pas traverser le seuil de la perception de la personne. »  

Le premier des deux articles, publié par eLIFE, démontre la chose en examinant la réaction neuronale aux clignements spontanés, aux clignements volontaires et aux interruptions rétiniennes externes (comme d’éteindre la lumière dans une pièce plongée dans le noir ou, aux fins de cette expérience, montrer à des sujets une image vidéo vierge). Tal Golan, membre de l’équipe de Malach, a piloté ces recherches en collaboration avec le groupe du professeur Ashesh Mehta de l’Institut de recherches médicales Feinstein, Manhasset.

Dans l’expérience, on a présenté à des patients — subissant déjà une évaluation électrocorticographique intracrânienne pour une épilepsie réfractaire — des stimulations visuelles sous la forme de photographies en niveaux de gris d’images de visages et de non-visages. Toutes les dix secondes, un écran gris était affiché en guise de mesure initiale. Les images vidéo vierges constituaient une pause entre les intrants visuels. Les électrodes déjà implantées dans le système visuel des patients ont permis à Golan d’évaluer la réaction en hyperfréquences à large bande (high frequency bandwith, HFB) des neurones dans ces régions, pendant l’enregistrement simultané des clignements volontaires et spontanés des patients.

Les résultats ont démontré que dans le cortex visuel primaire, la disparition d’une stimulation visuelle entraînait une réaction neuronale similaire, qu’il s’agisse du résultat d’un clignement spontané invisible ou d’une image vidéo vierge. Les deux ont entraîné une baisse initiale du niveau d’activité HFB suite à la disparition de la stimulation et une augmentation dépassant les valeurs initiales suite à la réapparition des symptômes (quand les yeux se rouvraient ou que l’image réapparaissait à l’écran). 

« Vous obtenez les mêmes signaux dans le cortex visuel primaire en réaction à quelque chose dont vous êtes pleinement conscient ou à quelque chose dont vous êtes complètement inconscient. La conclusion que j’en tire c’est que la perception consciente ne lit vraiment pas ces activités visuelles primaires », dit Malach.  

Toutefois, quand l’information monte dans la hiérarchie visuelle jusqu’au cortex visuel supérieur, l’augmentation de l’activité après l’interruption de la stimulation cesse pour les clignements, mais pas pour les pauses. Selon Malach, ces résultats contredisent des hypothèses existantes voulant que le cerveau « complète » les renseignements manquants quand nous clignons des yeux. Il dit que les données suggèrent plutôt que la raison pour laquelle nous ne voyons pas les clignements c’est qu’un mécanisme de suppression bloque les pointes positives d’activité neuronale induites par l’interruption signalant qu’une interruption optique a cours.

Même si nous ignorons toujours l’origine d’un tel signal de suppression, il est possible qu’une copie de la commande motrice du clignement soit envoyée en parallèle au cortex visuel pour lui dire de supprimer la représentation du clignement. Quand l’information visuelle est interrompue par une cause externe (comme une image vidéo vierge), aucune copie de la commande n’est envoyée et l’interruption optique n’est pas supprimée et cela mène donc à vivre l’expérience d’un battement de cils. 

La deuxième étude de Malach, pilotée par Ella Podvalni, en collaboration avec le groupe du professeur Ashesh Mehta, et publiée dans Current Biology, a fait passer l’étude des mécanismes neuronaux de la stabilité perceptuelle à de véritables conditions écologiques. Il est important d’étudier la vision dans des conditions normales, car lors de la vision naturelle, le système visuel fonctionne de façon très différente que dans des conditions artificielles en laboratoire. Par exemple, pendant la vision naturelle, l’humain échantillonne continuellement l’environnement dynamique à l’aide d’un mouvement oculaire constant. On ignore la nature du mécanisme neuronal qui nous permet de maintenir une perception stable dans de telles conditions, mais les recherches de Malach suggèrent que des régions visuelles supérieures entrent en jeu.

« Ce deuxième article visait à sortir la recherche du laboratoire et à l’amener dans le monde réel, et examiner le lien véritable entre la perception et les intrants sensoriels dans la vraie vie », dit Malach. Son laboratoire est l’un de quelques-uns qui préconisent l’exploration du cerveau humain dans des cadres naturels.

Bien que la recherche sur le système visuel ait commencé à s’éloigner des conditions visuelles hautement artificielles pour se rapprocher de conditions qui ressemblent davantage à la façon dont nous interagissons avec le monde sur une base quotidienne, il n’y avait jamais eu de comparaison directe entre les réactions neuronales à des stimulations naturalistes et des analyses contrôlées en laboratoire.

Podvalni et Malach ont conçu un paradigme pour comparer des enregistrements réalisés dans des environnements visuels véritables et des enregistrements des mêmes patients dans des conditions contrôlées en laboratoire. En laboratoire, on a montré brièvement des images à des sujets à qui on avait demandé de maintenir une fixation visuelle centrale. Dans le cas des conditions visuelles naturelles, les sujets ont eu accès à un système d’enregistrement mobile, y compris des lunettes qui pouvaient enregistrer les mouvements oculaires des sujets et la scène visuelle qui s’offrait à eux. 

« Il s’agit d’une façon très efficace d’étudier le comportement naturel, car on n’impose aucune limite au patient… le patient explore l’environnement comme bon lui semble et cela nous permet d’observer un comportement plus naturaliste du système visuel. » 

Les résultats ont démontré que dans les régions visuelles primaires, la réaction neuronale correspond aux propriétés physiques de l’intrant visuel. Conséquemment, si on regarde la cible plus longtemps, la réaction dans le cerveau est plus longue. On a observé cette réaction en laboratoire et dans des conditions visuelles naturelles.

Toutefois, dans des régions visuelles supérieures qui traitent une vision plus abstraite, il y avait une dissociation complète entre la durée pendant laquelle une personne regarde une image et la réaction neuronale dans ces régions. Les neurones dans cette région s’activent pendant une période qui n’a aucun lien avec la durée pendant laquelle vous regarder l’image en question.

Selon Malach, cela pourrait indiquer que ces régions sont responsables de la reconnaissance. Une fois que la cible a été repérée et étiquetée, elles arrêtent de traiter l’information.

« Le cerveau déploie beaucoup d’effort pour se débarrasser des paramètres externes et pour trouver une solution cohérente, dit Malach. Et c’est logique, car il faut de la stabilité. »

Membre du programme Cerveau, esprit et conscience de l’ICRA depuis janvier 2016, Malach trouve qu’il est emballant de faire partie d’un groupe interdisciplinaire qui partage une passion pour la perception consciente.

« Si vous jetez un coup d’œil à l’histoire de la recherche sur le cerveau, et à celle de la science, les solutions les plus pointues et créatives ont vu le jour grâce à la mise en lien de gens issus de domaines différents. »