Que se passe-t-il dans le cerveau pendant l’inconscience?

Une nouvelle recherche explore la rupture de la communication entre les régions du cerveau.

Sous anesthésie, la communication entre les zones du cerveau devient plus localisée.

Source: iStock / torwai

La première démonstration publique de chirurgie sous anesthésie a eu lieu en 1846. En 1847, les gens théorisaient déjà ce qui pourrait se passer dans le cerveau lorsqu’une personne était inconsciente. Plus de 170 ans plus tard, nous nous demandons toujours. Les mystères demeurent sur toutes les formes d’inconscience – le sommeil, la sédation, l’anesthésie profonde et le coma. Mais trois articles récents d’une équipe de chercheurs de Michigan Medicine ont ajouté un peu à ce que nous savons de la façon dont notre cerveau réagit lorsque nous sombrons dans l’inconscience.

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“Ce n’est pas comme un interrupteur de lumière qui s’éteint, c’est plus un processus de déconnexion”, affirme l’anesthésiste George Mashour, auteur des trois articles. “La nature de la manière dont l’information est traitée est essentielle.” En d’autres termes, le cerveau ne s’arrête pas sous anesthésie (bien que cela puisse être fait avec de très fortes doses de médicaments). Au lieu de cela, la façon dont les neurones communiquent et envoient des signaux les uns aux autres devient de plus en plus localisée, créant des îlots d’activité isolés. Dans cet état, il y a beaucoup moins de connectivité dans tout le cerveau. Selon Mashour et son équipe, qui comprend le neurophysiologiste Anthony Hudetz et le physicien UnCheol Lee, les conversations sont toutes locales, et non éloignées.

En tant que directeur du Centre for Consciousness Science à la faculté de médecine de l’Université du Michigan, Mashour fait partie d’une riche tradition d’anesthésiologistes qui enquêtent sur la conscience – ce qui n’est pas surprenant, Quand il parle de conscience, Mashour ne signifie pas volonté libre ou conscience de soi: «Nous parlons d’abord de l’expérience et de l’idée générale que l’intégration ou la synthèse de l’information est essentielle pour l’expérience consciente.

En 2004, en tant que résident de Harvard, il a publié une théorie qui a semé la pierre pour le travail qu’il accomplit aujourd’hui: «Je me posais la question: pourquoi les anesthésiques fonctionnent-ils? connu sous le nom de liaison cognitive, était une grande question en neuroscience. Les gens voulaient savoir comment les différentes zones du cerveau traitent les informations en provenance de différentes zones sensorielles telles que la vision et l’ouïe. “Comment le cerveau rassemble-t-il toutes ces informations pour que nous ayons cette expérience unifiée et homogène?”, Demande Mashour. “Ce que j’ai avancé, c’est que les anesthésiques ne fonctionnent peut-être pas seulement en fermant tout, mais en inhibant plutôt ces processus d’intégration. Peut-être que l’anesthésie est une sorte de déliaison cognitive. ”

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Mashour n’était pas le seul à penser ainsi. Plus particulièrement, le neuroscientifique Giulio Tononi, de l’Université du Wisconsin, spécialiste du sommeil et de la conscience, a publié la même année une théorie importante sur l’intégration de l’information dans le cerveau. Mashour, qui a commencé sa vie universitaire en étudiant la philosophie, a continué à travailler sur la question depuis.

Chacun des articles récents de son groupe, publié dans Trends in Neurosciences, le Journal of Neuroscience and Frontiers in Human Neuroscience, aborde une partie légèrement différente de la “rupture de communication” dans le cerveau inconscient. Pris ensemble, les travaux ont analysé différentes zones neurales pendant la sédation, l’anesthésie chirurgicale et l’état végétatif, et ont montré non seulement que la communication était plus localisée, mais aussi que le traitement de l’information ralentissait également. En utilisant l’EEG pour écouter l’activité électrique du cerveau, l’équipe a rendu la tâche complexe de mesure de l’intégration de l’information dans le cerveau plus facile à gérer. Ils ont pu identifier les différents états de conscience qu’ils étudiaient en fonction de leurs mesures.

Essentiellement, ils ont pu mesurer ce qu’ils appellent “l’état de modularité” dans un réseau cérébral. “La modularité est une mesure de la connexion du cerveau”, explique Mashour. “Plus vous avez d’îles, plus la modularité est grande et plus la mesure de l’intégration est faible.”

Qu’en est-il du sommeil? Les chercheurs pensent que le sommeil et l’anesthésie sont des états distincts qui partagent certains traits, dit Mashour:

[Ce travail] suggère que l’une des caractéristiques clés de l’état anesthésié ou inconscient est que vous avez une panne ou une fragmentation du réseau. Cela a également été montré pour le sommeil. Il a été montré pour certains troubles de la conscience. Je pense que cela apparaît comme un thème cohérent.

Même si tous ces états d’inconscience montrent des ruptures de communication similaires dans le cerveau, une différence importante et intrigante réside dans la manière dont nous en sortons. “Pourquoi est-ce que vous pouvez inverser le sommeil en quelques secondes en secouant quelqu’un, vous pouvez inverser l’anesthésie en quelques minutes après avoir arrêté le médicament, mais cela peut prendre des années, voire pas du tout, pour retrouver un état pathologique?” demande Mashour. Lui et d’autres sur le terrain espèrent qu’un jour, si les chercheurs peuvent mieux comprendre ce qui sous-tend ces différences, de telles connaissances pourraient être utilisées pour aider les gens à sortir de comas ou d’états végétatifs. “Nous pouvons penser à l’ingénierie ou à la réingénierie d’une émergence de cet état comme le fait le cerveau lorsqu’il sort de l’anesthésie”, explique Mashour.

Au-delà de ces implications cliniques, Mashour espère que son travail continuera d’ajouter à ce que nous savons de l’expérience humaine. “Nous essayons de comprendre comment nous pouvons mieux surveiller l’anesthésie”, explique Mashour, “mais nous utilisons ces anesthésiques comme outils pour essayer de voir ce qu’est la conscience dans le cerveau”.

Copyright: Lydia Denworth 2018.

Les références

Huang, Zirui et al. “Les échelles de temps de la dynamique du signal BOLD intrinsèque et la connectivité fonctionnelle dans les états pharmacologiques et neuropathologiques de l’inconscience.” Journal of Neuroscience (2018): 2545-17.

Mashour, George A. et Anthony G. Hudetz. “Corrélats neuraux de l’inconscience dans les réseaux cérébraux à grande échelle.” Tendances en neurosciences (2018).

Kim, Hyoungkyu et al. “L’estimation de l’information intégrée mesure Phi de l’électroencéphalographie à haute densité au cours de divers états de conscience chez l’homme.” Frontiers in Human Neuroscience 12 (2018): 42.