De nouvelles découvertes radicales transforment les neurosciences à l'envers
Les progrès des neurotechnologies bouleversent les systèmes de croyances de longue date et transforment des visions bien établies sur la façon dont le cerveau fonctionne à l'envers. Ce sont des moments passionnants de découverte neuroscientifique radicale qui nous aident à mieux comprendre le fonctionnement de nos esprits et de nos cerveaux.
Au cours des derniers mois, de nouvelles recherches sur les régions cérébrales sous-corticales – dont le cervelet, le tronc cérébral et les ganglions de la base – ont changé la façon dont les neuroscientifiques perçoivent la fonction des régions cérébrales corticales incluant le cortex préfrontal. ( Cortical signifie «se rapportant à la couche externe du cerveau» qui est connu comme le cortex cérébral.Sous- cortical se réfère à toutes les régions du cerveau en dessous du cortex cérébral.)
Les régions cérébrales corticales du cerveau sont généralement considérées comme la «casquette pensante» qui englobe toutes les régions cérébrales du cerveau. D'un autre côté, les régions sous-corticales sont considérées comme des régions «non-pensantes» du cerveau qui sont entraînées par des forces automatiques ou subconscientes.
Plus tard dans ce billet sur le blog Psychology Today , je vais résumer les points forts de trois différentes études de pointe sur les structures cérébrales sous-corticales qui ont été publiées l'année dernière. Mais d'abord, je veux vous donner quelques informations personnelles qui expliquent pourquoi j'ai eu mes antennes pour ce type de recherche depuis le début du 21ème siècle. Et pourquoi je me réveille chaque matin en espérant de nouvelles recherches de pointe sur les régions cérébrales sous-corticales.
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"Tout ce que fait le cervelet, c'est en faire beaucoup"
Mon père, Richard Bergland, était neurochirurgien, neuroscientifique et auteur de The Fabric of Mind. En tant que penseur visionnaire, mon père était un pionnier et un pionnier qui était en avance sur son temps. En tant que neuroscientifique, mon père était souvent frustré par les limites technologiques du 20e siècle.
Trop souvent, il était scientifiquement impossible pour mon père de prouver empiriquement l'une de ses hypothèses sur le rôle d'une région cérébrale particulière – qu'il a acquise en observant ses patients humains avant et après une chirurgie cérébrale en salle d'opération – en utilisant des animaux tels que souris ou moutons dans son laboratoire.
Par exemple, un accident vasculaire cérébral ou une tumeur qui affecte ultimement la fonction cognitive, émotionnelle et psychologique de quelqu'un pourrait se produire dans les régions corticales du cerveau qui comprennent les lobes frontaux, pariétaux, temporaux et occipitaux ou les structures sous-corticales incluant les ganglions de la base, le tronc cérébral et le cervelet. .
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En tant que neurochirurgien, mon père a été le témoin direct de conséquences neurologiques très spécifiques qu'un événement cérébral traumatique chez un de ses patients pourrait provoquer. Mon père savait de façon anecdotique, après des décennies de chirurgie cérébrale, que les dommages corticaux et sous-corticaux avaient des impacts dramatiques sur divers aspects des fonctions cognitives et psychologiques. Mais, encore une fois, il n'a pas pu prouver empiriquement ces résultats dans son laboratoire.
En raison de sa connaissance anatomique que le cervelet ne représentait que 10% du volume cérébral mais contenait bien plus de 50% des neurones du cerveau, mon père soulevait régulièrement la question des influences sous-corticales en disant: «Nous ne savons pas exactement ce qu'est le cervelet. Faire. Mais peu importe ce qu'il fait, il en fait beaucoup.
À la fin du vingtième siècle, mon père a eu du mal à convaincre l'un de ses pairs scientifiques que des régions sous-corticales «non-pensantes» dans le cerveau (comme le cervelet) pouvaient influencer les processus cognitifs. Mais comme je l'ai mentionné ci-dessus, il était impossible pour lui de prouver ce qu'il a observé de façon anecdotique avec des patients dans une étude animale empirique.
Malheureusement, la plupart des collègues de mon père dans l'establishment médical l'ont finalement qualifié d'hérétique pour avoir tenté sans relâche de mettre en lumière les influences cognitives et émotionnelles du cervelet et d'autres régions cérébrales sous-corticales.
La déception colossale de mon père d'être incapable d'obtenir ses idées les plus radicales sur la façon dont le cerveau fonctionne publié dans des revues à comité de lecture m'a fait sentir mal pour lui. Je voulais aider mon père à se cacher derrière ce qu'il appelait les «gardiens de la tour d'ivoire» en trouvant un moyen de contourner l'establishment médical et de publier ses idées révolutionnaires sur le cerveau.
Heureusement, en 2004, après avoir battu un record du monde Guinness en exécutant 6 marathons dos à dos (153.76 miles) en 24 heures sur un tapis roulant, un agent littéraire à New York nommé Giles Anderson m'a approché pour voir si je m'intéressais écrire un livre. Quelques semaines plus tard, nous avions signé un contrat avec Diane Reverand à St. Martin's Press. Je savais que c'était une opportunité en or et ma chance unique d'amener les idées de mon père sur les structures cérébrales sous-corticales à un large public général.
Tout au long de 2005, mon père et moi avons parlé quelques fois par jour et échangé des centaines et des centaines de courriels sur les neurosciences. Au cours de cette période, mon père et moi avons créé le «modèle de Bergland Split-Brain» qui a placé les structures corticales dans ce que nous appelions les structures «cerveau haut» et sous-corticales dans ce que nous appelions «cerveau bas».
Le modèle cerveau-cerveau de Bergland, « brain-down brain », était une réponse directe et convaincante au modèle omniprésent mais profondément défectueux du « cerveau gauche-cerveau droit ».
Au début de l'année 2007 – juste quelques semaines avant que mon père ne meure soudainement d'une crise cardiaque – j'ai publié notre cadre révolutionnaire du cerveau divisé dans La voie de l'athlète: la sueur et la biologie de la félicité . (Je suis éternellement reconnaissant que mon père soit mort en sachant que ses idées radicales sur les régions cérébrales subcorticales avaient été publiées par St. Martin's Press).
L'illustration du «modèle de Split-Brain de Bergland» ci-dessous est de p. 81 du Chemin de l'Athlète . Ce diagramme met en évidence la division saillante entre les régions cérébrales corticales et sous-corticales dans un cadre hypothétique simplifié qui repose sur le yin-yang de la connectivité fonctionnelle robuste entre ces régions pour maintenir l'homéostasie psychologique.
"Cerveau cerveau vers le haut" | Version 2.0
Ma version originale de «brain-down brain» comme on le voit ci-dessus se concentrait uniquement sur le cerveau (latin pour «cerveau») et le cervelet (latin pour «petit cerveau»). Cependant, sur la base de toutes les nouvelles recherches révolutionnaires sur la puissante influence des autres régions du cerveau sous-corticales au cours des dernières années; J'inclus maintenant les ganglions de la base et le tronc cérébral dans le cerveau descendant dans la version 2.0 mise à jour du modèle du cerveau divisé de Bergland.
Il y a dix ans, quand j'ai publié les idées radicales de mon père sur les structures cérébrales sous-corticales dans The Athlete's Way, la plupart de ces idées n'étaient encore qu'une supposition éclairée basée sur les preuves anecdotiques de mon père. Depuis, les progrès des technologies basées sur les neurosciences ont permis aux chercheurs d'approfondir et de découvrir de nouveaux indices passionnants sur l'interaction mystérieuse entre les régions cérébrales corticales et sous-corticales dans les laboratoires du monde entier.
Les dernières découvertes empiriques transforment la sagesse conventionnelle sur la façon dont les régions sous-corticales «non-pensantes» de notre cerveau affectent réellement la «pensée» cérébrale à l'envers.
Parce qu'il y a trop de nouvelles recherches scientifiques sur les structures cérébrales sous-corticales à présenter dans un seul article de blog, j'ai décidé de choisir trois études révolutionnaires qui ont été publiées l'année dernière. Chacune de ces études nous aide à mieux comprendre comment le cervelet, le tronc cérébral et les ganglions de la base agissent conjointement avec les régions corticales du cerveau.
Dans la section ci-dessous, j'ai inclus un exemple pour chacune de ces trois régions du cerveau avec une représentation artistique de la région du cerveau, un synopsis de l'étude, et un lien vers un article plus détaillé sur la recherche. .
1. Le cervelet
En 1504, Léonard de Vinci réalisa des moulages en cire du cerveau humain et inventa le terme «cervelet» pour décrire deux petits hémisphères cérébraux soigneusement nichés sous les hémisphères relativement gigantesques du cerveau. Cerebella r est le mot qui signifie «cérébral» ou «situé dans le cervelet».
Historiquement, les neuroscientifiques considéraient le cervelet comme le siège d'activités non-pensantes comme la coordination et l'ajustement des mouvements musculaires. Cependant, au cours des dernières années, un large éventail d'études ont montré (pour la première fois) que le cervelet joue un rôle important dans plusieurs de nos processus cognitifs, émotionnels et créatifs.
Par exemple, les neuroscientifiques et les psychologues de l'Université de Stanford mènent des recherches révolutionnaires sur la base neurale de l'optimisation de la capacité créative. Leurs résultats suggèrent que le cervelet peut être la force motrice principale dans beaucoup de nos processus créateurs. La recherche suggère que pour que la pensée créative puisse s'échapper, il est utile de «débloquer» les fonctions exécutives rigides du cortex préfrontal.
Les chercheurs de Stanford ont constaté que la suppression des centres de contrôle exécutif du cerveau – et permettre au cervelet d'être le «contrôleur» – augmente la capacité créative spontanée. C'est un concept révolutionnaire qui remet en question la construction douteuse du «cerveau droit» en tant qu'épicentre créatif.
L'étude de juin 2016, intitulée «Changements dans l'activation cérébrale associée à l'improvisation spontanée et à la créativité figurative après une formation axée sur la pensée conceptuelle: une étude longitudinale de l'IRMf», a été publiée dans la revue Cerebral Cortex . J'ai écrit à propos de cette recherche dans un article sur le blog de Psychology Today , «La capacité accrue de cervelet augmente la capacité créatrice».
2. Les ganglions basaux
Les ganglions de la base sont une région cérébrale sous-corticale avec des projections neuronales et une connectivité fonctionnelle qui s'étendent au cortex cérébral, au tronc cérébral, au cervelet et à plusieurs autres régions du cerveau.
Le striatum est une sous-section spécifique des ganglions de la base qui contient un groupe de diverses régions du cerveau et des neurones qui sont associés à la formation des habitudes, au contrôle des mouvements volontaires, aux émotions et à la dépendance.
Selon les neuroscientifiques du Massachusetts Institute of Technology (MIT), les dysfonctionnements des ganglions de la base ont été associés aux maladies de Parkinson et Huntington, ainsi qu'aux troubles du spectre autistique (TSA), au trouble obsessionnel-compulsif (TOC) et au syndrome de Tourette.
À l'aide d'un modèle murin, les neuroscientifiques du MIT dirigés par Ann Graybiel ont récemment pu identifier qu'un groupe spécifique de neurones des ganglions de la base participe à la prise de décisions émotionnelles exigeant une analyse coût-bénéfice anxiogène qui nécessite d'être pragmatique. tout en écoutant vos instincts intestinaux primaux simultanément.
Les chercheurs du MIT ont identifié que la voie de communication neurale vers le striatum est directement liée à un autre sous-système complexe alimenté par la dopamine. Les chercheurs appellent ce sous-système un «bouquet striosome-dendron».
Veuillez prendre quelques minutes pour regarder Graybiel résumer clairement comment les régions sous-corticales comme les ganglions de la base interagissent avec la «casquette pensante» du cortex cérébral. J'ai eu un Aha! moment après avoir regardé ce clip YouTube. La vidéo est vraiment bien faite et a de superbes visuels.
La dernière étude MIT sur le striatum montre que la mécanique du cerveau de la prise de décision émotionnelle implique un circuit en boucle qui repose sur la fonction de la dopamine qui est enracinée dans les ganglions de la base.
Cette étude de septembre 2016, intitulée «Striosome-Dendron Bouquets met en évidence un circuit striatonigral unique ciblant les neurones dopaminergiques», a été publiée dans les Actes de la National Academy of Sciences . J'ai écrit un article sur le blog Psychology Today basé sur ces résultats, "Study Pinpoints Brain Circuitry of Emotional Decision Making."
3. Le tronc cérébral
Le tronc cérébral est une région cérébrale subcorticale qui est essentielle pour maintenir la conscience, réguler la fonction cardiaque et respiratoire automatique du système nerveux central, et bien plus encore.
Jusqu'à récemment, les neuroscientifiques ne pensaient pas que le tronc cérébral jouait un rôle dans les comportements sociaux des mammifères. Mais de nouvelles recherches montrent que les projections neuronales du cortex préfrontal vers une région spécifique du tronc cérébral sont directement liées au contrôle du comportement impulsif ainsi qu'à la réponse «combat-ou-fuite».
En 2007, Dean Mobbs, professeur de neurosciences cognitives chez Caltech et son équipe, a identifié pour la première fois que l'interaction entre le cortex préfrontal (PFC) et la zone grise périaqueducale (PAG) était associée à des aspects spécifiques du comportement social – comme l'envie de prendre la fuite en réponse à un stimulus menaçant, comme un prédateur ou un tyran.
Pour cette étude, Mobbs et al. utilisé l'IRMf pour surveiller l'activité cérébrale tandis que les participants à l'étude ont joué un jeu semblable à Pac-Man à l'intérieur du scanner de neuro-imagerie. Les chercheurs ont découvert que juste avant que l'avatar Pac-Man de quelqu'un ne soit englouti, le cortex préfrontal des joueurs s'arrêtait juste au moment où une région du tronc cérébral appelée PAG devenait très active et s'allumait dans l'IRMf.
Plus tôt cette semaine, des neuroscientifiques du Laboratoire européen de biologie moléculaire (EMBL) en Italie ont identifié des projections neuronales spécifiques du cortex préfrontal à la région PAG du tronc cérébral qui semblent empêcher les créatures sociables – telles que les humains et les souris – d'adopter des instincts impulsifs conduit par des sentiments de défaite sociale.
L'étude de janvier 2017, «Contrôle cortical préfrontal d'un circuit de comportement social du tronc cérébral», a été publiée en ligne avant impression dans Nature Neuroscience . J'ai écrit à propos de ces résultats dans un article sur le blog de Psychology Today , "La défaite sociale fait des ravages sur le circuit cérébral, selon une étude."
Cette étude EMBL souligne l'importance de la connectivité fonctionnelle robuste entre le cortex préfrontal et le tronc cérébral pour contrôler l'impulsivité basée sur la peur déclenchée par la défaite sociale ou l'intimidation. Ces résultats pourraient avoir de vastes implications pour le traitement de la schizophrénie avec un large éventail de troubles de l'humeur tels que la dépression, l'anxiété et les comportements d'évitement associés au syndrome de stress post-traumatique (TSPT).
Donald Trump est un exemple réaliste parfait et une étude de cas des nouvelles découvertes de l'EMBL que le contrôle des impulsions nécessite une connectivité fonctionnelle robuste entre le PFC et le PAG. Par exemple, alors que je regardais Donald Trump perdre son sang-froid dans une conférence de presse hier et s'en prendre à un journaliste de CNN parce qu'il se sentait socialement vaincu et intimidé par "fausses nouvelles" allégations de sources anonymes … Je me demandais si notre président élu son équipe de transition pourrait bénéficier de la compréhension des corrélats neuraux de certains comportements sociaux?
Rester à même la carène pendant les périodes émotionnelles de défaite sociale – lorsque l'impulsivité ou la peur mène souvent à des réactions impulsives et spontanées de choisir le combat ou le vol semble exiger une connectivité robuste avec le cortex préfrontal pour maintenir la maîtrise de soi et l'équanimité.
La bonne nouvelle est que ces circuits neuronaux ne sont jamais fixés. La neuroplasticité permet à chacun d'entre nous d'améliorer la connectivité fonctionnelle de notre cerveau et d'apprendre à être plus compatissant, empathique et à éviter les explosions d'agressivité ou de rage. (Pour en savoir plus sur la façon de faire cela, consultez mon article de blog Psychology Today , "5 façons scientifiques de briser le cycle des attaques de rage")
Heureusement, les dernières découvertes de l'EMBL et d'autres percées présentées ici qui font progresser notre compréhension de la puissante influence des régions cérébrales subcorticales sur notre comportement conduiront à de nouvelles interventions basées sur les neurosciences qui améliorent les vies individuelles et la dynamique sociale entre les gens de tous les horizons.
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