Où la neuroscience se situe dans la compréhension de la conscience

La dynamique du réseau est la clé.

De nombreux scientifiques, même des physiciens, affirment que le Saint-Graal de la science doit comprendre la conscience humaine. Cet état humain est même difficile à définir, mais il se caractérise par un état dans lequel nous savons ce que nous croyons, connaissons et imaginons, savons ce que nous décidons et planifions et ressentons ce que nous ressentons. Cela n’explique rien.

Source: Par Davidboyashi – Travail personnel, CC BY-SA 4.0

Le problème de la compréhension est non seulement que les mécanismes doivent être compliqués, mais aussi que nous n’avons pas de bons outils expérimentaux non invasifs. Il n’y a que deux outils utiles, un proxy métabolique de l’activité électrique neurale (IRMf fonctionnelle) et la surveillance de l’activité électrique du cuir chevelu (l’électroencéphalogramme {EEG), ou son équivalent de champ magnétique. Parmi les problèmes avec l’IRMf, il y a le fait que ce n’est qu’une mesure indirecte de la signalisation réelle dans le cerveau qui génère la pensée et le sentiment et permet la conscience. Sa résolution temporelle est d’environ une seconde ou plus, alors que la signalisation dans le cerveau se produit à l’échelle de la milliseconde. Bien que l’EEG surveille l’activité sur l’échelle de temps appropriée, sa résolution spatiale est très faible, dans la mesure où les champs de tension sur diverses régions du cortex se chevauchent, la tension s’étendant progressivement dans tout le milieu conducteur générateurs de source. Bien que l’EEG surveille bien la cible appropriée (activité électrique), cette activité est une enveloppe des signaux additionnés algébriquement d’ensembles neuronaux hétérogènes, qui sont des impulsions nerveuses et leurs potentiels postsynaptiques associés les plus proches des électrodes de détection.

• Une épice simple peut-elle améliorer votre mémoire?
• Quand votre relation a besoin de nettoyage de printemps
• La vérité nue sur la longévité
• Comment réussir en affaires
• Êtes-vous ouvert d’esprit?

Néanmoins, nous connaissons beaucoup de choses utiles sur les fonctions cérébrales qui sont sûrement impliquées dans le fonctionnement conscient. Les neuroscientifiques ont découvert une grande partie de ceci chez les animaux inférieurs à partir de procédures invasives qui ne sont pas autorisées chez l’homme. En résumé, nous pouvons énumérer les fonctions cérébrales suivantes qui sont pertinentes pour la conscience:

• Le cerveau est un réseau de réseaux richement interconnectés.
• Les fonctions sont modulaires. Différents réseaux ont des fonctions principales différentes et changeantes et certains peuvent être recrutés de manière sélective lorsque leur fonction est nécessaire.
• Certains réseaux peuvent remplir plusieurs fonctions, en fonction des autres réseaux qui les ont recrutés.
• Certains aspects de la connectivité fonctionnelle des différents réseaux diffèrent selon les états inconscients et conscients.
• Le réveil et la conscience ne sont pas les mêmes. Le réveil est nécessaire mais pas suffisant pour la conscience.
• On a beaucoup appris sur les mécanismes neuronaux à l’origine de l’éveil, mais cela n’a pas beaucoup aidé à comprendre la conscience.
• Les signaux de messagerie du cerveau sont des impulsions nerveuses et leurs effets postsynaptiques sur les neurotransmetteurs.
• Les tensions additionnées de la messagerie ont des effets électrostatiques qui modifient l’excitabilité des neurones dans le champ de tension.
• La fréquence des rafales d’impulsions et leur enveloppe EEG ont des effets importants sur la transmission et le débit des informations lorsqu’elles se propagent et sont modifiées dans l’espace de travail global des réseaux.
• Il existe de nombreux corrélats neuronaux de la conscience, mais nous n’avons pas identifié avec certitude ceux qui sont nécessaires et suffisants pour la conscience.

On pense que l’activité électrique oscillatoire joue un rôle clé dans l’acheminement sélectif de l’information dans le cerveau. Les oscillations semblent moduler l’excitabilité, en fonction des relations de phase des ensembles neuronaux liés. Deux hypothèses importantes ont été avancées comme étant cruciales pour la conscience et elles ne s’excluent pas mutuellement:

• Activité à verrouillage de phase dans deux ou plusieurs ensembles (cohérence)
• Gating inhibiteur qui dirige les voies de propagation dans les réseaux.

La clé de la découverte des mécanismes de la conscience est d’identifier tous les corrélats neuronaux et ensuite de recueillir la liste de ceux qui sont à la fois nécessaires et suffisants pour la conscience. Parfois, des découvertes importantes se produisent lorsque vous étudiez le contraire de ce que vous voulez étudier. Ce principe est manifeste dans les études sur la fonction cérébrale au cours de divers états d’inconscience (comme l’anesthésie, le coma ou le sommeil sans rêve). Une étude récente de la recherche a comparé les corrélats neuronaux de l’inconscience avec ceux de la conscience. L’évaluation a montré une rupture de la connectivité dans le cerveau et une plus grande modularité pendant l’état inconscient, ce qui inhibait l’intégration efficace des informations requises pendant la conscience. De plus, l’examen a mis en évidence le fait que les corrélats neuronaux de la conscience qui sont importants sont ceux qui se produisent dans la conscience, mais pas dans les états inconscients. Les corrélats liés à la connectivité fonctionnelle entre les réseaux sont particulièrement pertinents, car de multiples sources de données révèlent que cette connectivité se dégrade dans les états inconscients et revient lorsque la conscience reprend.

• Il m’aime, il ne m’aime pas
• Les disparités ethniques et raciales sont des problèmes de justice sociale
• “Spirituel mais non religieux” est associé à la dépression
• Régulation des émotions et leçons de Poudlard
• Comment les chiens voient le monde: les scanners cérébraux nous disent ce qu’ils voient

Chez les rongeurs, les enregistrements multi-rangs dans le cortex visuel indiquent que les schémas de connectivité sont les mêmes pendant l’anesthésie que pendant l’éveil. Peut-être cela indique-t-il que les rongeurs n’ont pas l’architecture de réseau nécessaire pour permettre la conscience. Ils peuvent être éveillés mais pas conscients. Etre éveillé est clairement nécessaire pour la conscience, mais pas suffisant. En outre (si vous ne me croyez pas, consultez la vidéo classique du jeu de basket-ball en U sur la cécité inattention). À tout moment, nous ne sommes conscients que des objectifs cognitifs spécifiques auxquels nous participons.

La co-variation statistique de l’activité dans les réseaux liés est une mesure de la connectivité fonctionnelle. L’activité dans les réseaux liés peut être aléatoire ou être en phase ou bloquée à certains moments. Sur le plan opérationnel, la connectivité peut permettre à un groupe de neurones de jouer un rôle de médiateur ou de moduler une activité dans une autre pour des opérations passées, présentes ou futures. La dynamique temporelle de ces processus diffère selon l’état de conscience.

Un point de vue très populaire sur la conscience chez les neuroscientifiques est que la pensée de haut niveau, en particulier la pensée consciente, est médiée par des champs de tension extracellulaires qui oscillent entre 12 et 60 ondes ou plus par seconde. On pense que les changements de fréquence oscillatoire et le couplage cohérent des oscillations entre divers groupes de neurones reflètent la nature et l’intensité de la pensée.

La question se pose de savoir comment ces tensions, communément appelées potentiels de champs, peuvent d’abord influer sur l’activité de l’influx nerveux sous-jacent à l’origine de l’oscillation. Les messages de pensée sont véhiculés par des schémas d’impulsions nerveuses circulant dans les réseaux neuronaux. Les potentiels de terrain ne signalent pas, du moins pas directement. Ils peuvent également influencer indirectement la messagerie en polarisant électrostatiquement les réseaux pour qu’ils soient plus ou moins capables de générer et de propager le trafic impulsionnel.

Les neuroscientifiques attachent une grande importance à la dynamique temporelle des fréquences de tension EEG. Par exemple, à une époque, les neuroscientifiques estimaient que la synchronisation à 40 / s était essentielle à la conscience, mais des études ultérieures ont révélé que cette synchronisation pouvait être maintenue et même améliorée pendant l’anesthésie. Plus tard, les enquêteurs pensaient avoir trouvé un rôle crucial pour la synchronisation gamma à plus haute fréquence, mais cela est maintenant remis en question. Cette synchronisation gamma peut être présente ou même améliorée pendant l’inconscience. Cependant, l’étendue spatiale de la synchronisation peut être le corrélat significatif de la conscience. La synchronisation généralisée se dégrade pendant l’inconscience, alors qu’une synchronisation plus localisée reste intacte ou même améliorée.

De nombreuses études montrent une rupture de la connectivité fonctionnelle au cours de divers états d’inconscience. Par exemple, les IRMf révèlent des déconnexions cortico-corticales et thalamocorticales pendant le sommeil, l’anesthésie générale et les états pathologiques. L’analyse EEG montre des pannes de connectivité similaires. De plus, le répertoire des configurations de connectivité possibles accessibles peut diminuer pendant les états inconscients et est restauré à la reprise de la conscience. Cela limite évidemment la robustesse du traitement de l’information qui peut se produire dans l’inconscience. Une attention sélective consciente nécessite probablement un répertoire de connectivité différent de la conscience inattentive.

Les neuroscientifiques découvrent également l’importance non seulement de la cohérence multi-zone à une bande de fréquence donnée, mais également du fait que la synchronisation de phase à deux fréquences différentes peut également moduler la communication réseau. Le couplage de fréquences croisées des oscillations alpha et bêta avec des oscillations gamma de fréquence plus élevée peut amplifier, inhiber ou bloquer le flux d’impulsions nerveuses dans l’ensemble des circuits.

Les progrès futurs incluront sûrement davantage l’accent sur la surveillance de la connectivité fonctionnelle lorsque le cerveau se déplace dans et hors de divers états de conscience et de perte de conscience. Je pense cependant que nous ne ferons pas de progrès définitifs dans la recherche sur la conscience tant que nous n’aurons pas progressé dans un domaine théorique et dans un autre dans la méthodologie tactique.

Le déficit en théorie réside dans des modèles de réseaux neuronaux. Les modèles informatiques des réseaux artificiels donnent des résultats intéressants, mais ils ne sont probablement pas pertinents. Les cerveaux ne fonctionnent pas avec les mêmes principes que les ordinateurs. De plus, les réseaux cérébraux ont la plasticité intrinsèque qui ne peut pas encore être dupliquée par les ordinateurs.

La méthode déficiente est que nous n’avons pas de moyen non invasif de surveiller la signalisation réelle, même dans une fraction significative de tous les neurones de tous les réseaux. De plus, même si nous avions un moyen de surveiller les neurones individuels de manière non invasive, il serait probablement nécessaire de surveiller sélectivement les neurones dans des circuits définis. En fin de compte, nous pouvons confirmer que certaines choses ne sont tout simplement pas connues. Nous pouvons certes en apprendre plus que nous ne le faisons actuellement.

Les références

Bonnefond, Mathilde et al. (2017). Communication entre les zones du cerveau basée sur des oscillateurs imbriqués. eNeuro. 10 mars. 4 (2) ENEURO.0153-16.2017. doi: https://doi.org/101523/ENEURO.0153-16.2017.

Mashour, George A. et Hudetz, Anthony G. (2018). Corrélats neuronaux de l’inconscience dans les réseaux cérébraux à grande échelle. Tendances en neurosciences. 41 (3), 150-160.