Les chercheurs de l'Université de Cambridge ont fait un grand pas en avant cette année pour comprendre comment fonctionne notre cerveau. Il semble que le cerveau a une organisation fractale. Cela nous donne probablement beaucoup de ce que nous considérons comme humain. Et à un niveau plus profond, ces découvertes peuvent nous aider à nous connecter d'une manière très fondamentale au reste du monde naturel.
L'équipe de recherche de Kitzbichler, Smith, Christensen et Bullmore ont publié leurs résultats dans un article intitulé «Criticality Broadband Criticality of Human Brain Network Synchronization», qui est disponible en ligne gratuitement. J'ai eu l'article pendant environ six mois et avait eu l'intention d'afficher quelque chose là-dessus. Donc d'emblée je voudrais remercier "Neel" de m'avoir permis de relire l'article et de poster quelque chose avec une question intéressante qu'il a posée sur la complexité et l'intelligence neurologiques au blog Chaotic Life de Psychology Today le mois dernier. Je voudrais également remercier mon ami et collègue de New York, Grant Brenner, de m'avoir prévenu de l'article quand il est sorti.
Le design, les résultats et le contexte de cette étude sont très sophistiqués, et les implications sont assez abstraites. Donc je vais faire de mon mieux pour être clair. D'abord le contexte: De nombreux systèmes naturels présentent une organisation et un comportement fractal. Une fractale est une structure ramifiée. Pensez à un arbre: (1) Les arbres ont beaucoup plus de petites branches que les grandes. Cette caractéristique est aussi parfois appelée «loi de puissance» ou «loi de puissance inverse» ou «1 / f». Chacun de ces termes signifie qu'il y a exponentiellement plus de petites branches que de grandes. (2) Les arbres sont «auto-similaires», ce qui signifie que les petites ramifications ressemblent aux plus grandes. Cette caractéristique est aussi parfois appelée "invariance d'échelle" ou "sans échelle" car peu importe la taille que vous regardez, la forme générale des ramifications est la même. (3) La complexité des modèles de branchement d'arbre peut être quantifiée. Les fractales sont appelées "fractales" car elles existent en dimensions fractionnaires. Une ligne s'intègre parfaitement dans une dimension. Un avion (comme un morceau de papier) correspond à deux dimensions. Les fractales s'insèrent entre une ligne et un plan (ou dans le monde réel entre deux et trois dimensions). Plus simplement, parce qu'ils sont si complexes, avec un grand nombre de minuscules branches, les arbres n'atteignent jamais trois dimensions. Si vous les mettez dans une boîte, il restera toujours de l'espace.
Vous pouvez rapidement reconnaître que de nombreuses autres structures naturelles, à part les arbres, sont des fractales: les neurones, les rivières, le système respiratoire, le système circulatoire, les lignes de faille géologiques, les flocons de neige, etc.
Les systèmes naturels produisent également un comportement fractal dans le temps ou en dynamique. Les tremblements de terre sont un exemple commun. Il y a beaucoup plus de petits tremblements de terre que les grands (ce qui est sympa au fait). D'autres exemples incluent la taille des événements d'extinction chez les espèces animales, le nombre de publications universitaires (quelques chercheurs font énormément de travail et le reste d'entre nous en font un peu), le nombre de visites sur les sites web, les temps d'attente -go trafic, et l'utilisation des mots dans la littérature (à savoir, la loi de zipf).
Pourquoi les systèmes font-ils cela? Il y a plusieurs raisons. Essentiellement, les systèmes fractaux ont de nombreuses possibilités de croissance, de changement et de réorganisation. Pourtant, ils sont également très robustes. Ils maintiennent leur cohérence; ils se tiennent bien, même dans des circonstances difficiles. Ils sont équilibrés à cet égard, entre l'ordre et le chaos. Ils sont simples, mais aussi très complexes. Cet équilibre est souvent appelé «criticité», d'où le titre de l'article: «Criticité à large bande». Et le terme «auto-organisé» est souvent ajouté parce que les systèmes tendent à devenir fractals par eux-mêmes, simplement en mettant beaucoup de composants du système ensemble et leur permettant d'échanger des informations. Pensez à une fête. Tout ce que vous avez à faire est de trouver suffisamment de personnes au même endroit et au même moment et ils vont commencer à former des schémas complexes de connexion les uns avec les autres.
Les systèmes critiques auto-organisés sont également très bons pour la connexion, à la fois en interne et aussi à d'autres systèmes environnants. Les branches d'un arbre sont connectées d'une manière très agréable. Si vous secouez une branche, vous verrez de larges secousses à travers l'arbre. Les structures fractales s'accrochent bien. Pourtant, ils peuvent être coupés sans affecter la structure globale. En effet, si vous les éliminez assez loin (au-dessus du bourgeon de croissance, «croissance post-traumatique» ou «tout ce qui ne tue pas vous rend plus fort») ils deviendront souvent plus forts, avec des connexions plus complexes dans les branches externes. Enfin, les modèles ramifiés se connectent facilement à d'autres systèmes – un réseau littéral de la vie. Un arbre avec de nombreuses branches fractales (et aussi des racines) peut mieux se connecter au soleil (et au sol) pour recueillir et échanger des nutriments essentiels à la vie.
Au cours des 10 à 20 dernières années, les chercheurs en psychologie ont trouvé des exemples croissants de modèles fractaux dans chacun des domaines de la psychologie: y compris les comportements intentionnels, la recherche visuelle et les modèles de discours. Dans mon propre laboratoire ces dernières années, nous avons constaté que les relations interpersonnelles sont organisées en fractales et, plus récemment, que le concept de soi est une fractale, la complexité étant associée à la santé dans les domaines psychologique et social. De plus, il semble que la complexité fractale (ou la rigidité) soit régulièrement échangée entre les processus biologiques, psychologiques et sociaux. La structure de la personnalité fractale nous aide à grandir et à nous connecter, tout comme les relations fractales, et chacun a probablement des influences directes sur la santé physique en favorisant l'intégration et la flexibilité entre les systèmes circulatoire, respiratoire et immunitaire.
L'étude de Kitzbichler et al (2008) a ajouté à beaucoup de recherches antérieures suggérant que le cerveau présente un comportement fractal. Cela fait un lien nécessaire entre les processus physiques du cerveau et chacune des fractales à plus grande échelle que nous voyons dans la personnalité plus large et les relations sociales. Il est clair que les dynamiques biologiques, psychologiques et sociales sont fortement interconnectées à travers les échelles, chacune affectant l'autre au fil du temps de multiples façons. Avec l'organisation fractale à chacune de ces échelles, on peut proposer qu'à certains égards ils font tous partie du même arbre fractal pour ainsi dire.
Kitzbichler et al. (2008) ont utilisé deux mesures de synchronisation à travers les systèmes cérébraux: (1) "l'intervalle de verrouillage de phase" et la "labilité de la synchronisation globale". la même chose ensemble – la quantité de temps dans lequel ils sont synchronisés. Essentiellement, il s'agit d'une mesure temporelle de la coordination du système cérébral. L'autre mesure, «labilité de la synchronisation globale» est une mesure basée sur l'espace. Cette mesure vous indique à quel point les changements dans la synchronisation du système cérébral sont globaux, à quel point ils sont larges, dans quelle mesure ils sont loin.
Laissant de côté les nombreux détails techniques merveilleux de leurs analyses, ils ont trouvé que les deux mesures présentaient un motif fractal net. Cela signifie que la durée de synchronisation des différentes régions du cerveau est semblable à celle d'une branche – avec de nombreux temps de liaison courts et moins de temps longs. Et la propagation de ces liens à travers les régions du cerveau était également ramifiée, avec de nombreuses petites étendues et quelques grandes.
Ces résultats, ainsi que les preuves qui les ont précédés, fournissent une image beaucoup plus vraie de la façon dont le cerveau est organisé et comment il fonctionne. Tel est le noyau de la recherche fondamentale. Les applications de ces résultats peuvent être considérées comme pratiquement illimitées, et avec le temps auront un impact sur toutes les branches de la neuroscience appliquée – l'intelligence, la conscience, l'empathie, la médecine du corps-esprit, la psychiatrie et la psychothérapie.
Ce sur quoi je préférerais spéculer serait plutôt les implications plus larges. En effet, ce que suggèrent ces résultats robustes dans le cerveau est un mécanisme possible pour la «connectivité à large bande» que nous partageons avec le reste du monde naturel. Dans la mesure où la dynamique fractale dans la synchronisation à large bande existe à toutes les échelles de la réalité mesurable – du quantique au cosmique, la conscience humaine est peut-être simplement et profondément un portail à travers lequel cette connectivité fractale coule. Peut-être que les liens qui affectent notre croissance et notre intégration aux échelles biopsychosociales s'étendent beaucoup plus loin dans les racines de la matière, et bien plus loin dans le cosmos que la science moderniste ne l'a jamais imaginé. La science semble approcher d'une période de néo-vitalisme, avec des moyens scientifiquement fondés d'explorer la vision du monde attrayante de nos racines-civilisations – que tout dans la vie est connecté et que tout l'univers est vivant dans ces connexions.
Bien sûr – certaines connexions sont plus proximales que d'autres. Kitzbichler et al. ont constaté que les régions cérébrales fonctionnellement connectées étaient plus susceptibles de se trouver et de rester synchronisées les unes avec les autres pendant de plus longues périodes, ce qui donnait des mesures de complexité fractale moins flexibles que les connexions entre des régions plus éloignées. De même, votre partenaire de vie sera plus susceptible de vous rendre fou que la lune.
Néanmoins, il sera intéressant de voir si certains états systémiques encouragent la cohérence, en amplifiant les connexions entre des systèmes apparemment distincts. Par exemple, la réponse au stress humain est susceptible d'accroître la cohérence à court terme entre les processus biologiques, psychologiques et sociaux. Lorsque vous êtes stressé, vos systèmes corporels se regroupent, vos systèmes psychologiques deviennent clairs et concentrés, et votre dynamique sociale devient cohérente et vous vous réunissez pour former des hiérarchies de leadership strictes. Le stress humain a-t-il des impacts plus larges? Leur effet peut-il être mesuré même dans le domaine quantique? Inversement, les systèmes quantiques peuvent-ils devenir «stressés» les conduisant à atteindre notre monde macro? Peut-être que oui, peut-être pas. Une chose est sûre, ce blog est déjà long et abstrait à considérer pleinement ces possibilités. Peut-être un autre jour ..?
