C'est ainsi que le cerveau filtre les détails sans importance

photo hashi (Wikimedia Commons)

Guest post par Daniel Hass

À tout moment, nous sommes constamment bombardés par des signaux d'au moins quatre des cinq sens.

Le système visuel traite constamment notre environnement. Le système auditif est stimulé par tous les nombreux sons minuscules qui composent notre environnement. Nous prenons toutes les odeurs autour de nous à un moment donné, et nous sentons constamment les vêtements sur notre peau. Même au sein d'un système sensoriel, une énorme quantité de données est traitée.

Avec cet assaut d'entrée, comment pouvons-nous réussir à ne pas devenir complètement fou? La clé est que nous ne prêtons attention qu'à une petite partie de cette information et que nous la rejetons en grande partie. Ce processus est connu sous le nom de filtrage sélectif ou d'attention sélective, et la plupart des gens le font tout le temps. Imaginez regarder un film dans un cinéma. Si vous êtes assez concentré sur le film, vous ne remarquerez probablement pas le bruit des sièges qui grincent, du maïs soufflé croustillant, ou même de la climatisation qui vibre à travers les évents.

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Bien qu'il y ait plusieurs régions du cerveau impliquées dans chaque sensation, la partie du cerveau impliquée dans le filtrage sélectif est l'endroit où tous ces sens se croisent.

Le thalamus (rouge).

Base de données des sciences de la vie (Wikimedia Commons)

Cette zone du cerveau est connue sous le nom de thalamus . Classiquement, on pense que le thalamus est une sorte de relais où les neurones sensoriels se rencontrent et sont envoyés à leur destination dans le cortex cérébral. On pense également que le thalamus est impliqué dans la conscience; Les patients qui subissent un AVC ou d'autres dommages qui affectent le thalamus, par exemple, tombent dans des comas permanents. Cependant, ces fonctions n'expliquent pas complètement pourquoi, en plus des connexions du thalamus au cortex cérébral, il y a aussi des connexions du cortex au thalamus.

Cette connectivité "réciproque" peut s'expliquer par un filtrage sélectif. Lorsque le cortex reçoit un type d'information qu'il considère comme prioritaire (comme se concentrer sur le film), il envoie un signal à une partie du thalamus connue sous le nom de noyau réticulaire. La structure utilise le neurotransmetteur GABA pour inhiber la transmission d'autres signaux «non pertinents» du thalamus au cortex (les sièges qui grincent, le maïs soufflé et la climatisation).

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Le filtrage sélectif est intéressant. Mais pourquoi est-ce important?

Ben Best

La recherche sur le filtrage sélectif est essentielle non seulement parce qu'elle nous parle de processus biologiques normaux dans notre cerveau, mais aussi parce qu'elle peut avoir des répercussions sur certains individus, comme ceux qui souffrent de schizophrénie. La schizophrénie est un trouble du cerveau avec une grande variété de symptômes, qui comprennent des délires, des hallucinations et un comportement désorganisé. Les personnes atteintes de schizophrénie ont également des déficits dans le filtrage sélectif auditif et l'attention générale. La base biologique de plusieurs de ces symptômes reste toutefois inconnue.

Une étude récente dans Nature Neuroscience par Ahrens a étudié comment fonctionne le système de filtrage sélectif en utilisant une souris qui est déficiente dans le gène du facteur de risque de schizophrénie ERBB4. Ce gène produit un récepteur du facteur de croissance et s'exprime fortement dans le noyau réticulaire, la zone du thalamus responsable du filtrage sélectif.

Pour déterminer comment la déficience ERBB4 modifie le filtrage sélectif, Ahrens et ses collègues ont utilisé deux paradigmes expérimentaux différents pour tester le filtrage sélectif chez la souris. Dans le premier paradigme, les souris ont été récompensées si elles pouvaient choisir une tonalité de 8 ou 20 kHz à partir d'une série de tonalités de distraction entre 5 et 20 kHz. Cela a testé si les souris étaient capables de filtrer le "bruit" dans une modalité sensorielle.

Une boîte de conditionnement typique utilisée dans la recherche animale.

Andreas1 (Wikimedia Commons)

Dans le second paradigme, les souris ont été exposées à la fois aux tons et aux lumières LED, et seules les souris répondant aux lumières dans des positions spécifiques sur une série de LED ont été récompensées. Cette tâche a déterminé si les souris pouvaient filtrer les distracteurs de différents sens.

Les souris déficientes en ERBB4 étaient plus susceptibles de filtrer dans un sens et se comportaient mieux que les souris de type sauvage lors de la première tâche expérimentale. Cependant, ils ont démontré des difficultés à passer d'un sens à l'autre et ont eu de plus mauvais résultats lors de la deuxième tâche.

Cette étude a démontré qu'en changeant l'expression d'un gène modifié dans la schizophrénie, les chercheurs ont modifié la capacité des souris à assister sélectivement aux stimuli sensoriels. C'est parce que ERBB4 normalement diminue l'influence que le cortex a sur le noyau réticulaire. Sans ERBB4, la rétroaction corticale au noyau thalamique réticulaire est plus forte, et il y a donc une plus grande suppression des données non pertinentes dans une modalité sensorielle (démontrée par une meilleure attention sélective à un sens) et entre modalités sensorielles (démontrée par une altération visuelle et auditive tâches, le cerveau pense que la tâche auditive est juste plus "bruit").

Bien que ces symptômes ne reproduisent pas parfaitement la schizophrénie, ils nous aident à comprendre les circuits qui sous-tendent la fonction cérébrale normale. Bien que ce soit juste une pièce d'un puzzle plus grand, il est également nécessaire si nous voulons comprendre certains troubles associés à des modèles modifiés dans le cerveau.

Daniel Hass est un étudiant diplômé en neurosciences au Penn State College of Medicine.

Les références

Ahrens et al. (2015) ErbB4 régulation d'un circuit de noyau réticulaire thalamique pour la sélection sensorielle Nat. Neurosci., 18: 104-111

Lu et al. (2010) Soutien à l'implication du gène ERBB4 dans la schizophrénie: une analyse d'association génétique, Neurosci. Lett., 481: 120-125

McAlonan et al. (2000) L'activation du noyau réticulaire thalamique reflète le déclenchement attentionnel pendant le conditionnement classique, J. Neurosci, 20 (23): 8897-8901

Nicodemus et al. (2006) D'autres preuves de l'association entre ErbB4 et la schizophrénie et l'influence sur les phénotypes cognitifs intermédiaires chez les témoins sains, Mol. Psychiatrie, 11: 1062-1065