Au cours des dernières années, il y a eu un intérêt grandissant pour ce que l'on appelle «l'IRM fonctionnelle de l'état de repos», une technique permettant de voir ce que fait votre cerveau lorsque vous ne faites rien du tout. Il s'avère que les cerveaux au repos sont plutôt agités, consommant beaucoup plus d'énergie que lorsqu'ils le font . Plus intéressante, l'activité «au repos» n'est pas aléatoire, mais hautement cohérente, cohérente et prévisible. La découverte du comportement de repos caractéristique du cerveau a mené il y a quelques années à la postulation d'un «réseau par défaut» pour le cerveau – un ensemble de régions qui coopèrent constamment pour le faire. . . bien, quoi, exactement, nous ne savons pas. Mais ça doit sûrement être quelque chose d'intéressant. Votre cerveau ne gaspillerait pas toute cette énergie à danser au rythme de son batteur intérieur s'il n'y avait pas de raison, n'est-ce pas?
Notre ignorance de la fonction de toute cette fluctuation n'est pas faute d'essai. La découverte du réseau par défaut du cerveau a conduit à des centaines d'études reliant le réseau par défaut à la structure anatomique du cerveau, ainsi qu'à des troubles de l'humeur comme la dépression, des problèmes de développement comme l'autisme et des maladies dégénératives comme la maladie d'Alzheimer. Il a même été suggéré que l'activité de l'état de repos détient la clé (la voix profonde et l'effet d'écho) pour comprendre la conscience elle-même . Maintenant, quand les neuroscientifiques commencent à brandir le mot C, il y a deux réactions prévisibles: l'intérêt et l'attention du public; et un examen et une critique scientifiques accrus. Les deux ont eu lieu ici, générant un groupe d'adhérents enthousiastes, et un groupe de critiques également engagés, qui se demandent si nous devrions continuer à gaspiller notre énergie à comprendre pourquoi le cerveau semble gaspiller son énergie. Ou, comme l'a récemment dit un neuroscientifique éminent: «C'est juste une mode. Je déteste ça. "
Allusions hyperboliques à craquer le mystère de la conscience sauf, je ne pense pas que quiconque devrait le détester. Mais pour voir pourquoi nous devrions nous intéresser à l'activité intrinsèque du cerveau, nous devons penser à la fonction cérébrale d'une manière nouvelle et inhabituelle.
Le cerveau est, par essence, une collection d'oscillateurs: des milliards de yo-yo biologiques qui vont et viennent sans cesse. La charge électrique dans les neurones individuels augmente et diminue; tout comme les concentrations locales de neurotransmetteurs comme la dopamine et la sérotonine, la quantité d'oxygène dans l'apport sanguin local et le champ électrique global du cerveau (créant les ondes cérébrales que vous pouvez voir avec un EEG). Chacune de ces oscillations a un battement différent selon les circonstances, comme les ondes «bêta» rapides observées dans le cerveau en état d'alerte et les ondes «delta» beaucoup plus lentes du sommeil sans rêves. Ces rythmes interagissent de diverses manières, depuis le balancement partagé d'une danse lente, jusqu'aux hauts et aux bas compensés de deux enfants sur une balançoire, jusqu'à l'interaction complexe et syncopée d'un groupe de jazz. Et comme tous les pendules, chacun des différents oscillateurs du cerveau a aussi son swing préféré, un moyen de se déplacer s'il est laissé à lui-même. La combinaison de toutes ces oscillations individuelles, périodiques et préférées est l'état de repos du cerveau.
Ce qui nous amène à la première raison de s'intéresser à l'activité intrinsèque: ce que nous appelons généralement fonction cérébrale – voir, penser, décider, agir – est en réalité une perturbation , une altération des harmonies naturelles du cerveau. Quand on pense à la fonction cérébrale, il ne suffit pas de se demander «pourquoi cette activité?», On doit aussi se demander «pourquoi ce changement ?» Pourquoi cette entrée (perceptuelle, comportementale, électrique, chimique) provoque-t-elle cette déviation exacte? Si nous voulons comprendre les sensibilités particulières du cerveau, nous devons savoir non seulement qu'une partie de celui-ci réagit à un stimulus ou à une tâche, mais à quel point il réagit, et quoi d'autre réagit (et interagit) avec lui. État de repos L'IRMf est une méthode permettant de déterminer le contexte dans lequel de tels changements doivent être mesurés.
De même, tout comme dans la musique, aucune note n'a de signification isolée, de même l'activité locale du cerveau ne peut être pleinement comprise que dans son contexte. Considérons à cet égard les cellules de l'hippocampe, ces neurones célèbres pour le tir lorsqu'un animal se trouve dans un endroit particulier du monde. L'apparente correspondance biunivoque entre les cellules de l'hippocampe et les lieux environnementaux a conduit à comprendre leur fonction en termes de représentation de l'emplacement simple, comme si chaque cellule était conçue pour dire: "vous êtes ici". Mais ces cellules ont été dans le Ces derniers temps à cause de la découverte qu'ils sont également séquentiellement activés avant une nouvelle exploration spatiale, ce qui indique que leur fonction n'est pas si simple, et souligne le point ci-dessus que pour comprendre l'activité cérébrale, il faut maintenant considérer ce que son activité était et sera . [Dragoi, G. & Tonegawa, S. (2011). Pré-lecture des séquences cellulaires de l'avenir par des assemblages cellulaires de l'hippocampe Nature , 469: 7330 (397-401).]
De plus – et plus encore au point actuel – ces cellules ne tirent pas seulement lorsqu'un animal est à un endroit donné, mais juste avant et juste après. Fait intéressant, les différences entre le tir simultané (le signal «vous êtes ici»), le tir potentiel (avant d'être à un endroit) et le tir rétrospectif (la signalisation après que l'animal a quitté un endroit) ne sont pas marqués l'activité du neurone elle-même, mais plutôt par sa relation avec l'oscillation de l'ensemble de l'hippocampe en bande thêta (~ 6-10 Hz). Dans son rôle rétrospectif, la cellule se déclenche plus tôt, et dans son rôle futur plus tard, dans le cycle thêta que dans le cas où l'animal se trouve réellement à l'endroit en question. [Buckner, RL (2010). Le rôle de l'hippocampe dans la prédiction et l'imagination. Annual Review of Psychology , 61: 27-48.]
Placer les feux de la cellule B à différents moments par rapport à l'onde thêta de fond lorsque le rat se déplace des emplacements A à C
Figure: Placer les feux de cellule B à différents moments par rapport à l'onde thêta de fond lorsque le rat se déplace des emplacements A à C. Reproduit de Buckner (2010) avec la permission de l'auteur.
En d' autres termes, ce que signifie l' activité de cette cellule – ce qu'elle signifie réellement – dépend de la relation de cette activité avec les oscillations de fond en cours.
Ainsi, la compréhension de l'état de repos est importante car elle attire notre attention sur le contexte toujours présent dans lequel la fonction doit être mesurée et la signification évaluée. Dans le cerveau dynamique, l'activité locale est toujours un changement par rapport à ce qui se passait auparavant, et se produit par rapport à toutes les autres choses qui se passent maintenant.
Il est difficile de penser au cerveau de cette façon, surtout compte tenu de l'influence continue de la métaphore informatique pour le cerveau et de la focalisation sur la localisation (vision ici, langage là-bas, contrôle moteur dans ce bit) que nous avons hérité d'un âge de l'investigation neuroscientifique. Dans un ordinateur, ce qui compte est la nature du traitement local, ce qui se passe dans cette puce en ce moment. Les processus d'arrière-plan ne sont pas pertinents au processus d'intérêt, qui peut donc être isolé et étudié en toute sécurité en tant que tel. Mais le cerveau n'est pas ce genre de machine: l'arrière-plan n'est pas hors de propos, et les relations entre les oscillations font beaucoup de travail fonctionnel.
Cela nous laisse beaucoup de réflexion à faire. Qu'est-ce que cela signifie pour la fonction cérébrale d'être définie non seulement par les caractéristiques intrinsèques de l'activité neurale de soutien, mais aussi par la déviation qu'elle représente à partir de quelque défaut? Le passage d'un équilibre dynamique à un autre peut-il être lui-même un événement fonctionnel? Comment une machine peut-elle fonctionner non avec des oscillations, mais avec des relations entre elles? Nous sommes loin de répondre à ces questions, mais nous avons fait des débuts prometteurs. Un développement théorique d'un intérêt particulier est appelé calcul de l'état liquide, une tentative pour comprendre comment le traitement de l'information peut être effectué par des oscillateurs à couplage multiple qui réagissent aux entrées comme un étang fait à une pierre. Je vais consacrer un post futur à expliquer comment le fonctionnement du cerveau pourrait découler de ces ondulations interactives dans l'éther neural. Pour l'instant, cependant, le point important est ceci: mesurer, caractériser et réfléchir sur la dynamique de repos du cerveau sont des étapes précoces importantes pour comprendre la dynamique fonctionnelle du cerveau, en termes beaucoup plus appropriés à la réalité biologique que les électrons processeurs de silicium.
(Crédit photo de musique-cerveau: ScriptPhD.com)