Superfluidité: décoder l'énigme de la flexibilité cognitive
Une équipe internationale de chercheurs a identifié des mécanismes cérébraux inattendus associés à la flexibilité cognitive. La flexibilité cognitive représente la capacité d'une personne à passer d'un mode de pensée à l'autre et à réfléchir simultanément à plusieurs concepts tout en faisant du multitâche.
Des recherches antérieures ont montré que la flexibilité cognitive nécessite l'intégration dynamique de multiples régions du cerveau et entraîne une fluidité de la pensée et de la performance. Cependant, jusqu'à présent, les aspects en temps réel de la façon dont les réseaux neuronaux distribuent l'intégration des différentes fonctions cognitives sont restés énigmatiques et mal compris.
L'étude de septembre 2015, «Reconfiguration dynamique des réseaux cérébraux frontaux pendant la cognition exécutive chez les humains», a été publiée dans les Actes de la National Academy of Sciences . Les chercheurs ont utilisé une combinaison d'outils avancés pour cartographier comment les activités cérébrales des participants étaient réarrangées pendant chaque période d'une tâche de mémoire de travail, chaque période de la tâche de contrôle, et pendant les périodes intermédiaires lorsque le cerveau changeait de vitesse.
Une nouvelle frontière: "Dynamic Network Neuroscience"
Danielle S. Bassett, professeure adjointe à l'innovation à l'University of Pennsylvania School of Engineering and Applied Science, est l'auteure principale de cette étude qui utilise des outils analytiques avancés pour sonder les réseaux neuronaux qui créent des voies entre les régions du cerveau liées à des modes de communication spécifiques. dans le cerveau humain.
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Bassett mène des recherches fascinantes sur les mécanismes cérébraux de la flexibilité cognitive depuis des années. Bassett fait partie d'un domaine de recherche en plein essor appelé «neuroscience réseau dynamique» qui utilise une variété de techniques de pointe pour faire avancer notre compréhension de la structure et de la fonction du cerveau. Contrairement à la plupart des recherches en imagerie cérébrale qui se concentrent sur le rôle d'une seule région, Bassett s'intéresse aux interconnexions entre les régions, comme indiqué par l'activité cérébrale synchronisée.
Pour cette étude la plus récente, Bassett a utilisé l'imagerie cérébrale IRMf pour mesurer quelles parties du cerveau «se parlaient» en temps réel pendant que les participants à l'étude effectuaient diverses tâches. En utilisant cette technique, les chercheurs ont pu voir comment des groupes de régions du cerveau se regroupent en des structures densément interconnectées dont les interactions changent lors de l'exécution d'une tâche unique ou en mode multitâche.
Une meilleure compréhension de la flexibilité cognitive et de la façon dont notre cerveau gère le multitâche pourrait mener à des interventions plus efficaces pour un large éventail de problèmes de santé liés à la fonction exécutive réduite tels que les troubles du spectre autistique (DSA), la schizophrénie et la démence. Dans un communiqué de presse, Bassett a décrit ses recherches en disant,
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Nous essayons de comprendre comment la flexibilité dynamique des réseaux cérébraux peut prédire la flexibilité cognitive, ou la capacité de passer d'une tâche à l'autre. Plutôt que d'être guidés par l'activité des zones cérébrales simples, nous croyons que la fonction exécutive est un processus au niveau du réseau.
Les nœuds du réseau les plus impliqués dans les reconfigurations sont les zones de contrôle cognitif dans le cortex frontal. Plus de flexibilité dans le cortex frontal signifiait plus de précision sur la tâche de mémoire, et une connectivité plus cohérente entre le cortex frontal et les autres régions était encore plus prédictive.
En surveillant l'activité de niveau des réseaux neuronaux dans le cortex frontal du cerveau – une région associée au contrôle des pensées et des actions – logés dans le cerveau (latin pour le cerveau), les chercheurs pourraient évaluer divers degrés de flexibilité cognitive. Bassett et al ont identifié que plus ces réseaux se reconfigurent de manière fluide, tandis que quelqu'un passe d'une tâche à l'autre, prédit son niveau de flexibilité cognitive.
"Déconnecter" les corticales frontales améliore la flexibilité cognitive
Dans une étude antérieure d'avril 2015 intitulée «Autonomie des systèmes sensorimoteurs induite par l'apprentissage» publiée dans la revue Nature Neuroscience, Bassett rapportait que les personnes capables de «déconnecter» leurs cortex frontaux obtenaient de meilleurs résultats lorsque les chercheurs mesuraient les liens entre différents régions du cerveau que les participants ont appris à jouer à un jeu simple.
L'utilisation par Bassett du mot « déconnecter » pour décrire le désengagement du cortex frontal a sauté sur moi parce qu'elle fait écho à la sagesse intemporelle de William James il y a plus d'un siècle lorsqu'il a décrit la flexibilité cognitive dans l'Evangile de Relaxation .
En 1911, James écrivit: « En un mot, débrouillez votre machine intellectuelle et pratique, et laissez-la libre; En tant qu'athlète et écrivain, j'ai toujours interprété le conseil de James pour «débrider» votre «machinerie intellectuelle» comme étant une autre façon de dire «débloquer» votre cortex frontal de penser trop.
Dans l'étude d'avril 2015, les chercheurs ont découvert que les participants qui montraient une diminution de l'activité neuronale dans le cortex frontal étaient en réalité les apprenants les plus rapides. Bassett a constaté que les participants qui ont montré une activité élevée dans le cortex frontal tout en essayant de maîtriser la tâche à accomplir semblaient surpasser un problème simple et s'étouffer.
Pourquoi les élèves les plus rapides montrent-ils moins d'activité dans le cortex préfrontal? Ma supposition éclairée est que cela a quelque chose à voir avec les cellules de Purkinje du cervelet (latin pour petit cerveau). C'est mon hypothèse personnelle basée sur des conversations avec mon père.
La plupart des experts croient que les centres de contrôle cognitif du cortex frontal sont responsables de ce qu'on appelle la «fonction exécutive». Les aspects cérébraux de la fonction exécutive sont associés à des choses telles que: faire et suivre des plans, repérer et éviter les erreurs. types de pensée d'ordre supérieur. De toute évidence, la fonction exécutive est nécessaire pour des tâches complexes, mais on croit de plus en plus que trop de pensée cérébrale pourrait effectivement être un obstacle dans certaines circonstances.
Le cortex frontal et le cortex cingulaire antérieur sont deux des régions les plus récentes du cerveau à se développer pleinement chez l'homme. Bassett fait remarquer que "Il semble que ces autres parties gênent pour les apprenants plus lents. C'est presque comme s'ils essayaient trop fort et qu'ils y pensaient trop. "Ajoutant:" La raison pour laquelle c'est intéressant est que ces deux zones sont des plaques tournantes du réseau de contrôle cognitif. Ce sont les gens qui peuvent le plus rapidement interrompre la communication avec ces parties de leur cerveau qui ont la plus forte baisse de temps.
Dans sa plus récente étude, Bassett et coll. Ont constaté que les participants qui réussissaient le mieux en alternant différentes tâches présentaient le plus grand nombre de réarrangements de connexions dans leur cortex frontal ainsi que les plus nouveaux liens avec d'autres zones de leur cerveau. Cela suggère que les cortex frontaux sont «débloqués» et capables de fonctionner librement, ce qui crée selon moi une flexibilité et une superfluidité cognitives.
Qu'est-ce que la superfluidité?
En lisant les dernières découvertes de Bassett au petit-déjeuner ce matin, je me suis souvenu d'un article de Psychology Today que j'ai écrit la semaine dernière intitulé "Pourquoi est-ce que Sabotage sabote le processus de création?" La nouvelle étude de Bassett confirme mon hypothèse de "déblocage" du préfrontal. le cortex facilite ce que j'appelle la «superfluidité» de la pensée, qui est la flexibilité cognitive à son meilleur. La superfluidité était le sous-titre du dernier chapitre de mon premier livre, et c'est le titre principal de mon prochain livre.
En 2014, j'ai donné une conférence à l'Université de Columbia intitulée «Superfluidité: optimiser la plasticité du cerveau pour une vie plus saine». Sur pp xiv-xv de The Athlete's Way, je décris ma découverte personnelle de la superfluidité:
En tant qu'athlète, je pouvais me libérer de la routine quotidienne si je travaillais dur physiquement et si j'utilisais mon imagination. La sueur, la musique et la mythologie combinées en un breuvage mystique, un élixir de vie. Les mythes m'ont saisi quelque part au fond de moi. Ils sont entrés dans ma colonne vertébrale. Ce fut une expérience métaphysique pour moi à l'adolescence, car je me suis rendu compte que moi et «l'autre» étions un. Cette expérience de connexion complète est ce que j'ai inventé la superfluidité – le sentiment épisodique d'exister sans frottement ni viscosité – un état de pure félicité que j'explorerai dans ce livre.
Techniquement, la superfluidité est quand la matière se comporte comme un fluide avec un frottement absolument nul et une viscosité nulle et semble montrer la capacité de s'auto-propulser. Voyager d'une manière qui défie à la fois les forces de gravité et de tension de surface.
Je crois que les moments "Eureka!" Se produisent lorsque l'esprit, le corps et le cerveau deviennent superfluides. Carl Jung a déclaré: «Le mot« croyance »est une chose difficile pour moi. Je ne "CROIS". Je dois avoir une raison pour une certaine hypothèse. Où je sais quelque chose, et puis je le sais, je n'ai pas besoin de le croire.
Parce que j'ai expérimenté la superfluidité pendant les expériences de pointe en tant qu'athlète, j'ai mes antennes pour trouver des indices qui aident à résoudre l'énigme de la création des états psychologiques de la superfluidité et de leur lien avec la fonction et la structure cérébrale. Je sais que la superfluidité est le contraire de l'étouffement ou d'être coincé dans une boucle de pensée «rut-like», maintenant il s'agit de trouver des recherches empiriques pour prouver mon hypothèse.
Pour moi, l'Ultra Endurance était une quête alimentée par les idées archétypales de The Power of Myth de Joseph Campbell. Dans le cadre de mon "Hero's Journey", j'ai romancé en quittant la routine quotidienne de la vie de la ville et en partant pour des aventures qui m'ont emmené loin, très loin. Gagner le Triple Ironman, terminer le Badwater Ultramarathon, et détenir un record du monde Guinness pour courir 153.76 miles sur un tapis roulant dans les 24 heures étaient semblables à la poursuite du Saint Graal.
La première fois que j'ai remporté le Triple Ironman – qui est le plus long triathlon au monde – j'ai nagé 7,2 miles, parcouru 336 miles et couru 78,6 miles consécutivement en 38 heures et 46 minutes. J'ai gagné le Triple Ironman trois années de suite. Chaque fois que j'ai franchi la ligne d'arrivée, j'étais probablement plus perplexe quant à la façon dont mon corps avait parcouru ces distances que n'importe lequel des spectateurs.
Toutes mes victoires ultra-racing ont été des expériences hors-corps et superfluides d'un autre monde. Par exemple, la première fois que j'ai terminé le triple Ironman, j'ai eu l'impression de flotter dans les trois derniers marathons. Même si je n'avais pas roulé pendant plus de 24 heures et avais déjà parcouru 7,2 miles, et parcouru 336 miles, il n'y avait pas mal dans mon corps et mon énergie était infinie. C'était comme si j'étais branché sur une source d'énergie infinie et qu'il n'y avait aucun frottement ou viscosité alors que je propulsais mon corps à travers le temps et l'espace.
Un jour, je suis tombé sur la physique de la Superfluidité et j'ai dit … OUI! C'est tout. C'est ce que l'on ressent en terminant un Triple Ironman en 38 heures. Ci-dessus est un clip BBC qui explique le phénomène de la superfluidité.
Il est clair que dans le monde tridimensionnel de l'expérience humaine, comparer l'expérience de vie et la psychologie à l'hélium au zéro absolu semble fou. C'est pourquoi je me suis appuyé sur des livres comme William James et Ecstasy dans les expériences séculières et religieuses de Marghanita Laski pour m'aider à comprendre intellectuellement l'expérience potentiellement fantastique de la superfluidité.
L'autisme offre des indices précieux sur la flexibilité cognitive
Souvent, un trouble neurologique ou un déficit cognitif offre des indications précieuses sur la structure, la fonction et l'interconnectivité des différentes régions du cerveau à leur meilleur et des périodes d'être inférieur à. Du point de vue de la psychologie positive, Martin EP Seligman a souvent décrit le but de la psychologie traditionnelle d'amener les gens «de zéro à cinq». Le but de la psychologie positive est d'amener les gens «au nord de zéro» ou à cinq.
Utilisant cette même échelle concernant la flexibilité cognitive, les chercheurs ont identifié que les personnes atteintes de troubles du spectre autistique ont tendance à être «au sud de zéro». D'un autre côté, atteindre la superfluidité a le potentiel de prendre quelqu'un au nord de cinq.
En 2014, des chercheurs de l'école de médecine de l'université de Stanford ont découvert que certains réseaux cérébraux chez les enfants atteints d'autisme ne semblent pas changer beaucoup lorsqu'ils passent d'un état de repos à un engagement dans une tâche. Les cerveaux des enfants atteints d'autisme montrent une inflexibilité lors du passage du repos à la performance de la tâche.
Les chercheurs ont constaté que plus cette inflexibilité du cerveau apparaît, plus les manifestations répétitives et restrictives d'un enfant qui caractérisent l'autisme apparaissent. L'étude de juillet 2014, «La différenciation de l'état cérébral et l'inflexibilité comportementale dans l'autisme» a été publiée dans Cerebral Cortex . Dans un communiqué de presse, Lucina Uddin, PhD, un auteur principal de l'étude a déclaré:
Nous voulions tester l'idée qu'un cerveau flexible est nécessaire pour des comportements flexibles. Ce que nous avons trouvé, c'est que dans un ensemble de connexions cérébrales connues pour être importantes pour passer d'une tâche à une autre, les enfants atteints d'autisme présentaient une «flexibilité cérébrale» réduite par rapport à des pairs typiquement en développement.
Les chercheurs se sont concentrés sur un réseau de zones cérébrales qu'ils ont étudiées auparavant. Ces domaines sont impliqués dans la prise de décisions, l'exécution de tâches sociales et l'identification d'événements pertinents dans l'environnement pour guider le comportement. Les travaux antérieurs de l'équipe ont montré que, chez les enfants autistes, l'activité dans ces zones était plus étroitement liée lorsque le cerveau était au repos que chez les enfants autistes.
Dans une autre étude de 2014 publiée dans Frontiers in Neuroinformatics de la Case Western Reserve University et de l'Université de Toronto, les scientifiques ont rapporté que le cerveau des enfants autistes générait plus d'informations au repos. En effet, les enfants autistes génèrent en moyenne 42% plus d'informations cognitives au repos que les enfants non autistes. Cette production excessive d'information et l'incapacité à «débrider» pourraient expliquer le détachement d'un enfant de son environnement. Encore une fois, c'est mon hypothèse personnelle.
De nombreuses études ont récemment lié le cervelet avec des troubles du spectre autistique, ce qui pourrait expliquer pourquoi le cerveau doit faire des heures supplémentaires. J'ai beaucoup écrit sur la recherche reliant les troubles du spectre du cervelet et de l'autisme pour un lien vers mes précédents articles de Psychology Today sur ce sujet, cliquez ici.
Dans un communiqué, Roberto Fernández Galán, Ph.D., auteur principal et professeur agrégé de neurosciences à l'école de médecine Case Western Reserve, a déclaré: «Nos résultats suggèrent que les enfants autistes ne s'intéressent pas aux interactions sociales parce que leur cerveau génère plus d'informations au repos. nous interprétons comme plus introspection en ligne avec les premières descriptions de la maladie. "
Les chercheurs ont déclaré dans un communiqué de presse que leurs résultats soutiennent la «théorie mondiale intense» de l'autisme proposée par les neuroscientifiques Henry et Kamila Markram du Brain Mind Institute en Suisse. La vision de Markram ASD comme le résultat de circuit neuronal hyper-fonctionnement qui conduit à un état de surexcitation.
Conclusion: Comment le cervelet est-il lié à la superfluidité et à la flexibilité cognitive?
Après m'être retiré du sport, je me suis tourné vers mon père – neuroscientifique, neurochirurgien et auteur de The Fabric of Mind (Viking) – pour m'aider à optimiser ma flexibilité cognitive personnelle et à déconstruire la neuroscience derrière les expériences de «superfluidité» avait comme un athlète.
Ensemble, nous avons créé le modèle split-brain de The Athlete's Way qui met le cervelet sous les projecteurs et a évolué pour souligner l'importance d'optimiser la connectivité entre les quatre hémisphères cérébraux comme étant au cœur de la flexibilité cognitive et de la performance maximale.
Ci-dessus est un croquis rudimentaire que j'ai dessiné pour illustrer comment la superfluidité et la flexibilité cognitive se produisent quand il y a une interconnectivité optimale entre les deux hémisphères du cerveau et les deux hémisphères du cervelet. Le modèle "brain-down brain" est mon hypothèse originale et un travail en cours … Restez à l'écoute!
Si vous souhaitez en savoir plus sur ce sujet, consultez mes articles de blog Psychology Today :
- "Superfluidité: performance maximale au-delà d'un état de 'flux'"
- "Pourquoi l'activité physique améliore-t-elle la flexibilité cognitive?"
- "Vers un nouveau modèle Split-Brain: Cerveau Brain Down"
- "La Neuroscience de la Superfluidité"
- "Superfluidité: la psychologie de la performance de pointe"
- "Trop de pensée cristallisée abaisse l'intelligence des fluides"
- "La neuroscience de la réussite durable de Madonna"
- "Le Cervelet, le Cortex Cérébral et l'Autisme sont entrelacés"
- "Voulez-vous améliorer vos capacités cognitives? Allez grimper à un arbre!
- "Davantage de liens de recherche sur l'autisme et le cervelet"
- "Comment votre cervelet contrecarre-t-il la" paralysie par analyse "?"
- "Le cervelet influence profondément nos pensées et nos émotions"
- "Le cervelet peut Soyez le siège de la créativité "
© 2015 Christopher Bergland. Tous les droits sont réservés.
Suivez-moi sur Twitter @ckbergland pour les mises à jour sur les articles du blog de The Athlete's Way .
The Athlete's Way ® est une marque déposée de Christopher Bergland.
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