Étude de l'activité cérébrale à l'extérieur du laboratoire

Source: James E. Crum II

À un moment ou à un autre, nous avons tous été témoins de quelqu'un en public qui faisait quelque chose, soit stupide soit brillant, et se demandait: Que se passe-t-il dans la tête de cette personne en ce moment? Ou, quand il s'agit de certaines personnes, nous pouvons considérer s'il y a quelque chose qui se passe sous leurs crânes. Bien qu'il ne soit certainement pas difficile d'imaginer, par exemple, les avantages sociaux dont on pourrait tirer profit si l'on pouvait comprendre le fonctionnement interne des esprits des autres, il est clair que nous manquons de cette capacité; Cependant, la science n'a pas besoin de le faire.

Si l'on demandait au grand public s'il était possible de regarder l'activité neuronale dans le cerveau des gens pendant qu'ils effectuaient diverses tâches dans un laboratoire, il y aurait consensus sur le fait que oui, les neuroscientifiques peuvent déjà le faire. En effet, les neuroscientifiques ont utilisé la neuroimagerie fonctionnelle pour examiner comment le cerveau humain réagit à un large éventail de stimuli pendant plus de trois décennies.

Les méthodes de neuroimagerie comprennent typiquement la tomographie par émission de positrons (PET), l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), l'électroencéphalographie (EEG), la magnétoencéphalographie (MEG) et la spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (fNIRS), et l'une par rapport à l'autre. a des avantages et des inconvénients spatiaux et temporels uniques. Cependant, toutes ces méthodes, à l'exception d'une seule, sont limitées par leur capacité à étudier les fondements neuraux des processus cognitifs dans des situations naturelles et réelles: le fNIRS est l'exception, et il le devient extrêmement.

fNIRS est une technique d'imagerie optique sûre et non invasive. Il n'utilise pas d'isotopes comme le PET, les agents de contact comme l'EEG, ou les champs magnétiques comme l'IRMf; il s'agit plutôt d'un dispositif de tête relativement petit ressemblant à un casque de vélo que les participants portent sur leur tête. Similaire à l'IRMf, le fNIRS mesure les changements dans les concentrations d'oxygénation du sang pour indexer l'activité neuronale dans le cerveau. Cependant, fNIRS utilise la lumière infrarouge proche – au lieu d'un champ magnétique – pour observer ces changements.

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Spécifiquement, les tissus et les os humains sont en grande partie transparents à la lumière infrarouge proche, et ainsi cette forme de lumière est brillé dans le cerveau par des sources et collectées à partir de détecteurs; une source et un détecteur forment un canal, et fNIRS est généralement un système à canaux multiples (Bakker, Smith, Ainslie et Smith, 2012). Lorsque cette lumière est envoyée dans le cerveau, une partie de celle-ci est absorbée et dispersée, et une autre continue à travers le cerveau sans être obstruée. L'intensité de la lumière qui la renvoie aux détecteurs est utilisée pour calculer les changements dans les concentrations d'hémoglobine oxygénée et désoxygénée. Cependant, il est intéressant de noter que fNIRS est limité en ce sens que cette lumière ne peut pas pénétrer à plus de 4 cm de profondeur dans le cerveau. fNIRS ne peut donc pas étudier l'activation dans les régions sous-corticales (Lloyd-Fox, Blasi, Elwell, 2010).

L'avènement de l'utilisation de la spectroscopie dans le proche infrarouge pour évaluer l'activation fonctionnelle dans le cerveau humain remonte à 25 ans et des progrès technologiques considérables ont été réalisés dans les systèmes fNIRS depuis cette date (Ferrari et Quaresima, 2012). Le développement récent de dispositifs fNIRS sans fibre et alimentés par batterie est particulièrement important. Ces systèmes permettent aux participants d'effectuer librement des tâches sans les contraintes communes aux autres méthodes de neuro-imagerie, offrant ainsi une opportunité sans précédent d'étudier la cognition d'une manière plus écologiquement valable, c'est-à-dire en dehors du laboratoire.

FNIRS sans fil est capable d'enquêter sur des situations qui sont difficiles à résoudre en laboratoire, à savoir des tâches nouvelles et ouvertes, et est donc une technique appropriée pour explorer les processus cognitifs recrutés par de telles situations. Des chercheurs de l'University College London (UCL) ont récemment tenté de montrer que les fNIRS sans fil peuvent évaluer les fondements neuronaux des tâches de la vie quotidienne. Par exemple, une étude intitulée «Utilisation de fNIRS sans fibre et portable pour surveiller l'activité cérébrale dans des tâches cognitives réelles» a été menée dans un environnement naturaliste – Queen Square Gardens à Londres – et a demandé aux participants de se rappeler de certaines rencontré des indices sociaux et non sociaux (Pinti et al., 2015). En particulier, en rencontrant un confédéré (un autre expérimentateur placé dans divers endroits), on leur a demandé de se souvenir de saluer la personne avec un coup de poing; ils battent les boîtes aux lettres pour la condition non-sociale.

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La mémoire prospective fait référence à notre capacité de nous souvenir de réaliser une intention à un moment donné dans le futur ou lorsqu'un événement survient (McDaniel & Einstein, 2007). Ainsi, la mémoire prospective est recrutée lorsque l'on se souvient de saluer quelqu'un, ou une boîte aux lettres, lors d'une rencontre. En outre, la récupération d'une intention future est en grande partie auto-initiée parce que nous devons décider quand il convient d'arrêter nos activités actuelles pour réaliser l'intention.

Pour saisir cela dans le monde réel, l'étude a demandé aux participants de s'engager dans une tâche continue pendant le temps entre la formation de l'intention de saluer quelque chose et la réalisation de cette intention. Par exemple, les participants devaient compter le nombre d'escaliers non obstrués des bâtiments de Queen Square lorsqu'ils marchaient. Le système sans fil fNIRS a réussi à observer les différences d'activation préfrontale entre les conditions sociales et non sociales. Plus précisément, des différences ont été trouvées non seulement lorsqu'une intention a été récupérée, mais aussi quand elle était maintenue pendant les tâches en cours. Ces résultats suggèrent que les processus cognitifs tels que la mémoire prospective peuvent être étudiés en dehors des limites d'un laboratoire et que le fNIRS sans fibre est une méthode de neuro-imagerie viable.

Alors fNIRS sans fibre est-il l'avenir de la neuroscience cognitive? À certains égards, non, mais dans d'autres, oui: Ces systèmes sont limités en termes de problème scientifique en question, en ce sens qu'ils ne conviennent pas, par exemple, aux questions concernant les régions cérébrales sous-corticales; Cependant, fNIRS sans fibre présente une approche unique, et peut-être plus sensible, pour étudier les processus qui sous-tendent les activités de la vie quotidienne dans des contextes réels. Comme le professeur Paul Burgess, l'un des principaux chercheurs de l'étude UCL susmentionnée, a expliqué lors de la conférence annuelle de la British Neuropsychological Society le 17 Mars 2017, "Si vous allez étudier ce genre de processus, [fNIRS] est à peu près sur mesure. "

Les futures applications de fNIRS sans fibre sont étendues. Les ingénieurs continueront à améliorer et à perfectionner l'équipement du SNIRS, et ces progrès technologiques permettront aux chercheurs d'étudier le cerveau dans un ensemble varié de contextes dans le monde naturel. Imaginez-vous explorer ce qui se passe dans le cerveau d'un chirurgien cérébral tout en faisant une chirurgie du cerveau. Des interactions sociales entre des groupes de personnes pourraient être explorées – des situations dans lesquelles de multiples dispositifs fNIRS sont utilisés sur les participants. Les perspectives d'investigation de l'activité neurale chez les athlètes, les pilotes, les astronautes, etc. sont également prometteuses. Qui plus est, la science clinique est peut-être le domaine dans lequel les participants bénéficieront le plus du fNIRS, à savoir que les neuropsychologues pourraient utiliser cette méthode pour étudier l'efficacité des interventions de neuroréadaptation.

Ainsi, de futures études aideront à établir davantage le fNIRS sans fil comme une méthode valide pour explorer les processus cognitifs complexes dans le monde naturel. Nous sommes en effet un pas de plus vers la compréhension de ce qui se passe dans la tête des gens, et il semble qu'il y ait enfin une réponse à l'appel à une psychologie plus écologique (Neisser, 1976).