neuroscience

On sait enfin pourquoi le cerveau consomme autant d'énergie

La faute a des petites pompes "cachées". 

Les scientifiques le savent: le cerveau humain est une véritable machine insatiable en énergie. Au total, il en engloutit jusqu'à 10 fois plus que le reste du corps. Et même lorsque nous nous reposons, 20% de notre consommation de carburant est directement utilisé pour son fonctionnement. Un phénomène inexpliqué sur lequel nombre de scientifiques se sont cassés les dents. Jusqu'à aujourd'hui.

Publiée dans la revue Science Advances, une nouvelle étude explique l'origine du processus. Un processus qui se déroule dans ce que l'on appelle les vésicules synaptiques.

Entre deux neurones se trouve une synapse, zone qui assure la transmission des informations entre ces deux cellules nerveuses. Quand un signal est envoyé d'un neurone à un autre, un groupe de vésicules aspire les neurotransmetteurs à l'intérieur du premier neurone, au bout de sa queue. Le message est ainsi bien enveloppé, comme une lettre prête à être postée.

L'information est ensuite amenée jusqu'au bord du neurone, où elles fusionne avec la membrane, avant de relâcher les neurotransmetteurs dans la fameuse synapse. Dans cette zone, les neurotransmetteurs finissent leur course en entrant en contact avec les récepteurs du deuxième neurone. Et hop! Le message est passé.

Facile direz-vous. Certes, mais tout ceci nécessite beaucoup d'énergie cérébrale, ont découvert les scientifiques. Et ce, que le cerveau soit pleinement actif ou non.

En effectuant plusieurs expériences sur les terminaisons nerveuses, les membres de l'étude ont observé le comportement de la synapse lorsqu'elle est active ou non. Résultat: même quand les terminaisons nerveuses ne sont pas stimulées, les vésicules synaptiques, elles, ont toujours besoin de carburant. La faute à une sorte de petite pompe "cachée" qui est notamment en charge de pousser les protons hors de la vésicule. Chargée de pousser les protons hors de la vésicule et d'aspirer ainsi les neurotransmetteurs elle ne semble jamais se reposer et a donc besoin d'un flux constant d'énergie. En fait, cette pompe "cachée" est responsable de la moitié de la consommation métabolique de la synapse au repos.

Selon les chercheurs, cela s'explique par le fait que cette pompe a tendance à avoir des fuites. Ainsi, les vésicules synaptiques déversent constamment des protons via leurs pompes, même si elles sont déjà pleines de neurotransmetteurs et si le neurone est inactif.

Étant donné le grand nombre de synapses dans le cerveau humain et la présence de centaines de vésicules synaptiques à chacune de ces terminaisons nerveuses, ce coût métabolique caché, qui consiste à conserver les synapses dans un état de "disponibilité", se fait au prix d'une importante dépense d'énergie présynaptique et de carburant, ce qui contribue probablement de manière significative aux exigences métaboliques du cerveau et à sa vulnérabilité métabolique", concluent les auteurs.

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer comment les différents types de neurones peuvent être affectés par des charges métaboliques aussi élevées, car ils ne réagissent pas tous de la même manière.

Certains neurones du cerveau, par exemple, peuvent être plus vulnérables à la perte d'énergie, et comprendre pourquoi pourrait nous permettre de préserver ces messagers, même lorsqu'ils sont privés d'oxygène ou de sucre.

"Ces résultats nous aident à mieux comprendre pourquoi le cerveau humain est si vulnérable à l'interruption ou à l'affaiblissement de son approvisionnement en carburant", explique le biochimiste Timothy Ryan, de la clinique Weill Cornell Medicine à New York.

"Si nous avions un moyen de diminuer en toute sécurité cette fuite d'énergie et donc de ralentir le métabolisme cérébral, cela pourrait avoir un impact clinique très important." 

Auteur: Internet

Info: Science Advances, 3 déc 2021

[ cervelle énergivore ]

humain miroir

La perception humaine de l'espace s'étend tout comme l'univers réel !

Le cerveau humain a une façon intéressante d'évaluer la proximité ou la distance d'un objet dans l'espace. Si vous regardez la nuit depuis votre voiture, il y a de fortes chances que la Lune vous paraisse se déplacer à vos côtés. Une nouvelle étude neuroscientifique a permis de découvrir pourquoi la zone de la mémoire de notre cerveau perçoit les images proches et lointaines et comment ces exagérations peuvent créer davantage de connexions cérébrales à mesure que nous vieillissons.

L'hippocampe est une zone du cerveau impliquée dans l'apprentissage et la mémoire. Dans l'étude actuelle, les auteurs ont constaté que les neurones associés à la planification, à la mémoire et à la navigation spatiale transforment l'espace en une forme géométrique hyperbolique non linéaire - pensez à un sablier en expansion qui grossit à mesure que vous vous en éloignez. Pour en revenir à l'exemple de la lune, les jeunes enfants ont pu constater que la lune les suivait ou qu'elle était suffisamment proche pour qu'ils l'attrapent.

Bien sûr, la Lune ne se déplace pas et sa taille est déformée par sa distance. Les résultats ont montré que la taille de l'image augmente avec le temps passé dans un lieu. La taille perçue par notre cerveau est également directement liée à la quantité d'informations qu'il peut traiter : les jeunes cerveaux sont peut-être plus enclins à naviguer et à percevoir l'espace de manière linéaire. Avec de nouvelles expériences, l'hippocampe est capable d'affiner ses connexions neuronales et de traiter davantage d'informations sur l'image.

Le cerveau "s'élargit" avec l'expérience

Comprendre comment les réseaux neuronaux du cerveau traitent la navigation spatiale pourrait aider à étudier les troubles neurocognitifs. La maladie d'Alzheimer, par exemple, est une maladie dans laquelle l'hippocampe est l'une des premières zones du cerveau à être détruite, ce qui affecte la mémoire de la personne.

"Notre étude démontre que le cerveau n'agit pas toujours de manière linéaire. Au contraire, les réseaux neuronaux fonctionnent le long d'une courbe en expansion, qui peut être analysée et comprise à l'aide de la géométrie hyperbolique et de la théorie de l'information", explique l'auteur principal, Tatyana Sharpee, professeur à l'Institut Salk et titulaire de la chaire Edwin K. Hunter, dans un communiqué de presse. "Il est passionnant de constater que les réponses neuronales dans cette région du cerveau forment une carte qui s'élargit avec l'expérience, en fonction du temps passé dans un lieu donné. L'effet s'est même maintenu pour des écarts de temps minuscules, lorsque l'animal courait plus lentement ou plus rapidement dans l'environnement."

L'équipe de recherche a utilisé des méthodes informatiques avancées pour comprendre le fonctionnement du cerveau. L'une de ces techniques consiste à utiliser la géométrie hyperbolique pour disséquer les signaux biologiques. Des travaux antérieurs ont utilisé la géométrie hyperbolique pour étudier le fonctionnement des molécules odorantes et de la perception des odeurs.

La géométrie hyperbolique s'est avérée efficace pour comprendre les réponses neuronales et pour cartographier les molécules et les événements sensoriels. Les chercheurs ont recueilli leurs informations auprès de rats qui ont passé du temps à explorer un nouvel environnement. Plus le rat passe de temps dans une zone, plus il acquiert d'informations sur l'espace qui l'entoure. Cela a permis à leur carte neuronale de s'étendre et de se développer.

"Ces résultats offrent une nouvelle perspective sur la manière dont les représentations neuronales peuvent être modifiées par l'expérience", explique Huanqiu Zhang, étudiant diplômé du laboratoire de M. Sharpee. "Les principes géométriques identifiés dans notre étude peuvent également guider les futurs efforts de compréhension de l'activité neuronale dans divers systèmes cérébraux.

Auteur: Internet

Info: Nature Neuroscience, repris par Jocelyn Solis-Moreira ,7 janvier 2023

[ horizon grégaire intégré ] [ vieillir grandir ]

biogenèse

La durée des réponses épigénétiques qui sous-tendent l'héritage transgénérationnel est déterminée par un mécanisme actif reposant sur la production de petits ARN et la modulation de facteurs ARNi, dictant si les réponses ARNi* ancestrales seroent mémorisées ou oubliées.

Selon l'épigénétique - l'étude des changements héritables dans l'expression des gènes qui ne sont pas directement codés dans notre ADN - nos expériences de vie peuvent être transmises à nos enfants et aux enfants de nos enfants. Des études menées sur des survivants d'événements traumatiques suggèrent que l'exposition au stress peut effectivement avoir des effets durables sur les générations suivantes.

Mais comment exactement ces "souvenirs" génétiques sont-ils transmis ?

Une nouvelle étude de l'université de Tel Aviv (TAU), publiée la semaine dernière dans Cell, met en évidence le mécanisme précis qui permet d'activer ou de désactiver la transmission de ces influences environnementales.

Jusqu'à présent, on supposait qu'une dilution ou une décroissance passive régissait l'héritage des réponses épigénétiques", a déclaré Oded Rechavi, PhD, de la Faculté des sciences de la vie et de l'École de neurosciences Sagol de l'UAT. "Mais nous avons montré qu'il existe un processus actif qui régule l'héritage épigénétique au fil des générations".

Les scientifiques ont découvert que des gènes spécifiques, qu'ils ont nommés "MOTEK" (Modified Transgenerational Epigenetic Kinetics), étaient impliqués dans l'activation et la désactivation des transmissions épigénétiques.

"Nous avons découvert comment manipuler la durée transgénérationnelle de l'héritage épigénétique chez les vers en activant et désactivant les petits ARN que les vers utilisent pour réguler ces gènes", a déclaré Rechavi*.

Ces commutateurs sont contrôlés par une interaction en retour entre les petits ARN régulateurs de gènes, qui sont héritables, et les gènes MOTEK qui sont nécessaires pour produire et transmettre ces petits ARN à travers les générations.

Cette rétroaction détermine si la mémoire épigénétique se transmet ou non à la descendance, et combien de temps dure chaque réponse épigénétique.

Les chercheurs prévoient maintenant d'étudier les gènes MOTEK pour savoir exactement comment ces gènes affectent la durée des effets épigénétiques, et si des mécanismes similaires existent chez l'homme.

 Rechavi et son équipe avaient précédemment identifié un mécanisme d'"héritage de petits ARN" par lequel des molécules d'ARN produisaient une réponse aux besoins de cellules spécifiques et comment elles étaient régulées entre les générations.

"Nous avons précédemment montré que les vers héritaient de petits ARN suite à la famine et aux infections virales de leurs parents. Ces petits ARN aidaient à préparer leur progéniture à des épreuves similaires", a déclaré le Dr Rechavi. "Nous avons également identifié un mécanisme qui amplifiait les petits ARN héréditaires à travers les générations, afin que la réponse ne soit pas diluée. Nous avons découvert que des enzymes appelées RdRPs sont nécessaires pour recréer de nouveaux petits ARN afin de maintenir la réponse dans les générations suivantes."

On a constaté que la plupart des réponses épigénétiques héritables chez les vers C.elegans ne persistaient que pendant quelques générations. Cela a donné lieu à l'hypothèse que les effets épigénétiques s'effaçaient simplement au fil du temps, par un processus de dilution ou de désintégration.

"Mais cette hypothèse ne tenait pas compte de la possibilité que ce processus ne s'éteigne pas tout bonnement, mais qu'il soit au contraire régulé", a déclaré Rechavi, qui, dans cette étude, a traité des vers C.elegans avec de petits ARN qui ciblent la GFP (protéine fluorescente verte), un gène rapporteur couramment utilisé dans les expériences. "En suivant les petits ARN héréditaires qui régulaient la GFP - qui "réduisaient au silence" son expression - nous avons révélé un mécanisme d'héritage actif et réglable qui peut être activé ou désactivé."

Auteur: Internet

Info: https://www.kurzweilai.net/onoff-button-for-passing-along-epigenetic-memories-to-our-children-discovered. 29 mars 2016. *ARN interférant

[ bio-machine ] [ évolution ]

sciences

La pratique de la méditation modifie l'organisation du cerveau
Les adeptes de la méditation de pleine conscience apprennent dans leur pratique à accueillir les sensations, les émotions et les états d'esprit sans leur résister ni les juger. Ils cherchent simplement à être dans le moment présent.
Plusieurs études ont démontré que ce type de méditation pouvait avoir des effets bénéfiques à long terme sur la stabilité émotionnelle et, par conséquent, sur des désordres comme l'anxiété et la dépression majeure. Une nouvelle recherche révèle que cet entrainement de l'esprit aurait une influence sur le réseau cérébral par défaut chez des personnes ayant une longue expérience de la méditation quand elles sont au repos. Les différences sur le plan cérébral indiqueraient que la méditation favorise la concentration et la réflexion de manière plus objective par rapport à soi.
"Nous avons étudié le cerveau de 13 adeptes de méditation ayant plus de 1000 heures d'entrainement et celui de 11 débutants à l'aide d'analyses de connectivité fonctionnelle", dit Véronique Taylor, première auteure de cette recherche publiée dans la revue Social Cognitive and Affective Neuroscience Advance Access en mars dernier et réalisée dans le laboratoire du professeur Mario Beauregard, de l'Université de Montréal.
La connectivité fonctionnelle fait référence à la synchronisation entre deux ou plusieurs régions cérébrales qui changent dans le temps, soit pendant une tâche concrète ou au repos. Cette méthode d'analyse peut s'appliquer à des données d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. "Les participants demeuraient quelques minutes dans le scanner et on leur demandait de ne rien faire", explique Mme Taylor, qui termine actuellement son doctorat en psychologie sous la direction du professeur Pierre Rainville.
Ces analyses ont permis aux chercheurs de repérer le réseau cérébral par défaut des sujets, c'est-à-dire un ensemble de régions s'activant au repos, lorsque la personne n'effectue aucune activité particulière.
"Nous voulions ainsi vérifier si les effets de la méditation de pleine conscience persistaient au-delà de la pratique, poursuit la doctorante. Selon notre hypothèse, le réseau cérébral par défaut des adeptes de la méditation serait structuré autrement. Le réseau par défaut est associé à la rêverie, aux pensées relatives à soi quand nous ne faisons "rien". En fait, nous pensions y trouver une organisation différente parce que ces individus sont habitués à être dans le moment présent et leurs pensées ne partent donc pas dans tous les sens lorsqu'ils sont au repos."
Effectivement, les résultats obtenus font voir une plus faible synchronisation entre les cortex préfrontaux ventro-médian et dorso-médian. "La partie dorsale est engagée dans les processus cognitifs associés au soi et la partie ventrale concerne plutôt l'évaluation émotive du soi, mentionne Véronique Taylor. Le fait que ces zones sont moins inter reliées montre que ces personnes réfléchiraient sur elles-mêmes de façon plus objective." Elle ajoute que plus les participants avaient de l'expérience en méditation, plus cette connexion était faible, ce qui, selon elle, "donne du poids à ces résultats".
Fait curieux et intéressant: ces mêmes sujets présentaient une plus forte synchronisation entre certaines zones qui convergent toutes vers le lobe pariétal droit. "Cette région est reconnue pour avoir un rôle déterminant dans l'attention, ce qui indiquerait peut-être un effet bénéfique à long terme de la méditation, mais qui reste à être prouvé par des recherches étudiant spécifiquement les processus attentionnels", signale l'étudiante.
Bien que les sujets aient été testés au repos, Véronique Taylor constate par elle-même les retombées tangibles de la méditation de pleine conscience au quotidien. "Je pratique la méditation depuis quelques années et je remarque que mon attention est plus soutenue, plus suivie lorsque je me concentre."
Il y a encore beaucoup à découvrir sur le pouvoir de la méditation, croit-elle. En attendant, elle suggère à tous de s'y mettre. "Cela ne coute rien et on peut méditer n'importe où et n'importe quand... et les avantages sont réels!"

Auteur: Internet

Info:

[ méditation ] [ zen ] [ parapsychologie ]

perceptions

Une première étude d’imagerie cérébrale sur les effets du LSD
"Ces travaux sont aux neurosciences ce que le boson de Higgs a été pour la physique des particules".
Cette déclaration, pour le moins accrocheuse, vient de David Nutt, neuropsychopharmacologue et chercheur sénior de l’étude en question qui vient d’être publiée dans la revue PNAS en mars dernier. Et un peu comme pour le boson de Higgs, les résultats ont confirmé la théorie, à savoir que les modifications d’activité cérébrale qui ont été observées rendent très bien compte de ce qu’un "trip à l’acide" peut provoquer comme état mental !
Le protocole expérimental conçu par l’équipe de Nutt a fait appel à une vingtaine de sujets qui venaient deux journées différentes au laboratoire. Dans un cas le sujet recevait 75 microgrammes de LSD intraveineux, et dans l’autre cas un placebo, c’est-à-dire rien d’autre qu’un liquide physiologique. On a pu ainsi comparer les effets réels du LSD versus toute autre modification (produites par exemple par des attentes, des conditionnements, etc.) chez la même personne.
Le protocole est assez impressionnant en termes d’instruments utilisés pour ne rien manquer aux effets de l’acide lysergique diéthylamide (le nom complet du LSD). Trois techniques complémentaires ont ainsi été utilisées : l’ASL (ou "arterial spin labelling", l’IRMf ou imagerie de résonnance magnétique fonctionnelle, et la magnétoencéphalographie (les deux premières étant des lectures indirectes de l’activité nerveuse basées sur le flux sanguin dans les capillaires cérébraux).
L’analyse des résultats obtenus avec ces différentes techniques combinées a permis de mieux comprendre deux grands types d’effets associés à la prise de LSD : les hallucinations visuelles et le sentiment de dissolution du soi.
Dans le premier cas, les trois techniques utilisées ont mis en évidence une augmentation du débit sanguin dans le cortex visuel, une diminution de la puissance des rythmes alpha, et une beaucoup plus grande connectivité fonctionnelle. Trois modifications dont l’importance était corrélée avec l’intensité des expériences subjectives rapportées par les sujets.
Comme le rapporte l’auteur principal de l’étude, Robin Carhart-Harris, c’est un peu comme si les sujet voyaient, mais avec leurs yeux fermés. Autrement dit, c’est l’activité intrinsèque ou endogène de leur cerveau, leur imagination pourrait-on dire, qui alimente alors fortement le système visuel et non plus le monde extérieur. Et de fait, les scientifiques ont pu observer beaucoup de régions cérébrales (liées à l’audition, l’attention, le mouvement) interagir non seulement avec les régions visuelles mais entre elles sous l’influence du LSD. Il y avait donc cet aspect plus "unifié" du cerveau favorisé par la drogue.
Mais en même temps, il y avait aussi un aspect plus "fragmenté" dans d’autres réseaux cérébraux, preuve de plus qu’une même substance peut avoir différents effets dans différents endroits du cerveau, a fortiori une substance aux effets complexes comme le LSD. La baisse de connectivité a surtout été observée entre deux structures cérébrales, le gyrus parahippocampique et le cortex rétrosplénial (une partie du cortex cingulaire postérieur). Et l’intensité de cette "déconnexion" était corrélée au niveau subjectif à celle de l’impression de dissolution du soi et de l’altération du sens des choses.
Encore une fois ici, l’impression de devenir un avec les autres, avec la nature ou même avec l’univers rapportée par des décennies d’utilisation de cette substance trouve ici un corrélat neuronal intéressant. D’autant plus que ces impressions, qui sont souvent interprétées dans un cadre spirituel ou religieux, semblent être associées à des améliorations du bien-être durant un certain temps après que les effets immédiats de la drogue se soient dissipés.
C’est d’ailleurs l’objet d’une autre étude de la même équipe publiée cette fois en février dernier dans Psychological Medicine, et qui montre qu’une certaine "fluidité cognitive" pourrait être conservée un certain temps après l’utilisation de LSD, ouvrant ainsi la voie à un usage thérapeutique, notamment pour la dépression et la rumination mentale qui lui est associée.

Auteur: Internet

Info: http://www.blog-lecerveau.org, 25 avril 2016

[ cognition ]

sciences

Les effets de la musique sur le cerveau et la santé
On dit que la musique élève l'âme, mais elle élève aussi... le cerveau ! En effet, une étude récente réalisée par des chercheurs membres du Centre de recherche sur le cerveau, le langage et la musique (CRBLM) rapporte que l'apprentissage de la musique avant l'âge de sept ans influence positivement le développement du cerveau. Plus précisément, la formation musicale pendant l'enfance favorise des connexions plus fortes entre les régions sensorielles et motrices de notre matière grise, l'aidant ainsi à mieux orchestrer la planification et l'exécution de nos mouvements.
Plus encore, des données indiquent que les enfants qui suivent des leçons de musique réussissent mieux certains types de tests, particulièrement ceux de lecture et de concentration. D'autres recherches démontrent qu'une formation musicale développe les capacités auditives, notamment dans un contexte bruyant. Pareillement, l'apprentissage de plusieurs langues pendant l'enfance procure des avantages cognitifs qui peuvent ralentir la sénescence.
Le CRBLM a été créé en 2011, il réunit les forces vives de la recherche sur l'organisation, le fonctionnement et le dysfonctionnement des systèmes nerveux musical et linguistique. Etabli à l'Université McGill et financé par le FRQNT, ce regroupement stratégique rassemble des ingénieurs, des neuroscientifiques, des linguistes, des experts en vieillissement et des psychologues provenant aussi de diverses universités - Université de Montréal, Université Concordia, Université Laval, Université du Québec à Montréal - et de l'INRS.
Par exemple, l'axe de recherche sur les neurosciences se penche sur la capacité d'apprentissage de plusieurs langues. Il tente aussi de mieux comprendre comment nos méninges interagissent avec la musique pour, à long terme, mieux cerner et peut-être traiter des problèmes de langage. Car langage et musique partagent certaines zones du cerveau. C'est ce qui explique que, souvent, un accident cérébral perturbe nos facultés musicales et verbales. Par contre, musique et paroles utilisent également des circuits neuronaux séparés et peuvent donc être perturbés isolément. Les chercheurs ont constaté que beaucoup de patients atteints d'Alzheimer semblent conserver la capacité de reconnaître la musique alors qu'ils n'identifient plus les membres de leur famille et que leur discours est embrouillé.
Une grande partie des travaux sur la musique se fait dans le Laboratoire international de recherche sur le cerveau, la musique et le son (BRAMS), situé à l'Université de Montréal. Cette importante infrastructure est intégrée au CRBLM et dispose notamment de dix salles de test insonorisées à la fine pointe de la technologie et d'un système vidéo 3D d'enregistrement de mouvements.
La compréhension des effets du langage et de la musique sur le cerveau représente tout un défi. En effet, il n'y aurait pas de centre musical et langagier unique dans le cerveau. Comme pour la compréhension du langage, la musique est traitée par différents chefs d'orchestre. Ainsi, chez un musicien, une partie de la matière grise se concentre sur le mouvement des mains, tandis qu'une autre partie s'efforce de déchiffrer les notes de la partition. Par des techniques de neuro-imagerie fonctionnelle, les scientifiques enregistrent les réponses du cerveau et les mouvements de l'interprète à l'aide d'un système de senseurs. Ils combinent ensuite ces données dans des modèles théoriques neurophysiologiques et mathématiques pour comprendre comment le système nerveux permet à une personne de produire de la musique rapidement et facilement. Des chercheurs comme les codirecteurs du BRAMS - Isabelle Peretz, professeure au Département de psychologie de l'Université de Montréal, et Robert Zatorre, professeur à l'Institut neurologique de Montréal (MNI) - ont ainsi établi que certains réseaux neuronaux sont tout de même exclusivement dédiés au traitement de la musique.
Selon certaines études, compte tenu du fait que la musique et la zone de commande du mouvement partagent des circuits neuronaux, l'art musical peut aider les patients atteints de Parkinson ou ceux qui ont subi un accident vasculaire cérébral à améliorer - ou à retrouver - la mobilité. Les personnes qui ont des problèmes de cognition ou de langage profiteraient également des bienfaits d'une mélodie. Les prescriptions pour une thérapie musicale, c'est pour bientôt...

Auteur: Internet

Info: http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/73014.htm

[ thérapie ]

cognition

Comment le cerveau déforme la réalité temporelle
En 1973 Benjamin Libet de l’université d’état de Californie à San Francisco, dans une série d’expériences fascinantes, a prouvé que la prise de conscience suite à un stimulus sensoriel, (stimulation électrique sur le cerveau) se produit 500 millisecondes (temps neuronal) après le stimulus.
Lors de certaines opérations du cerveau, il a obtenu l’autorisation des patients de réaliser une expérience, qui consistait à stimuler avec des électrodes la zone du cerveau à l’air libre, (la boite crânienne étant ouverte ) qui correspondait à la zone d’activité d’une piqûre au doigt. Le sujet réveillé déclare après 500 millisecondes sentir la piqûre.
C’est-à-dire que la plupart des expériences conscientes, requièrent une période minimale substantielle d’activation corticale de 350 à 500 millisecondes pour accéder à la conscience.
Ben Libet a profité de certaines opérations du cerveau où celui-ci est ouvert et où le patient est réveillé pour stimuler directement le cerveau et observer les réactions du patient. En fait, il stimulait d’abord un doigt (avec une petite décharge électrique), puis il mesurait le temps pour que le sujet ressente une piqûre au doigt. Ça donnait 25 millisecondes.
Ensuite, il stimulait directement le cerveau sur la zone correspondant à la main. Le sujet ressent bien une piqûre à la main (et non pas au cerveau), mais seulement au bout de 500 millisecondes. De plus, pour que le sujet ressente une piqûre, il fallait envoyer un train de choc, et non pas un choc unique.
Ben Libet a ensuite combiné les deux expériences : il a d’abord stimulé le doigt, puis 200 ms plus tard il stimule le cerveau avec un train de chocs. Le sujet ressent une seule piqûre, 700 ms après la stimulation du doigt. Comme les chocs électriques fait au cerveau sont plus faibles que ceux faits au doigt, et comme le sujet ne ressent qu’une faible piqûre, on sait que la piqûre qu’il a ressenti après 700 ms était la stimulation du cerveau. Celle effectuée sur le doigt est donc passée à la trappe.
Puis Libet recommence (le doigt, puis le cerveau), mais en laissant cette fois un délai de 500 ms entre les deux stimulations. Toujours rien : le sujet ne perçoit qu’une seule piqûre, 1 seconde après la première stimulation (c’est-à-dire 500 ms après la stimulation du cerveau).
Libet recommence une dernière fois, mais en laissant plus de 500 ms entre les deux stimulations. Là, le patient ressent bien 2 piqûres, la première 25 ms après la première stimulation (au doigt), et la deuxième 500 ms après la deuxième stimulation (au cerveau).
Libet a tiré plusieurs conclusions de ces expériences :
1- L’influx nerveux met 25 ms pour parvenir du doigt au cerveau.
2- Il faut 500 ms pour être conscient de quelque chose, puisque c’est le délai entre la stimulation du cerveau et la sensation afférente.
3- Une stimulation au cerveau moins de 500 ms après une première stimulation au doigt nous empêche d’être conscients d’une piqûre dont nous serions normalement conscients au bout de 25 ms.
Évidemment ça pose un problème, puisque le temps d’élaboration d’une sensation consciente est bien de 500 ms (475 ms en fait, puisqu’il faut compter le temps que l’influx nerveux arrive du doigt au cerveau). Comment se fait-il que dans la réalité, nous soyons conscients d’un stimuli après 25 ms seulement ? La solution que propose Libet est incroyable : il suggère ni plus ni moins que la conscience antidate la sensation en retournant en arrière dans le temps de 475 ms.
Cette expérience est la confirmation scientifique, que la conscience volontaire arrive beaucoup trop tard pour être à l’origine de l’action.
Et si le cerveau peut initier nos mouvements volontaires, avant même l’apparition d’une volonté consciente de faire ces mouvements, quel rôle reste-t-il pour la conscience?
Les expériences de Libet soulignent que tout ce qui se produit est d’abord inconscient, avant de devenir conscient.
Cette expérience a été vérifiée par d’autres scientifiques, et notamment Patrick Haggard qui travaille à l’Institut des neurosciences cognitives de l’University Collège de Londres, où Il dirige une équipe d’une dizaine de chercheurs.

Auteur: Internet

Info: http://www.neotrouve.com/?p=4496, 18 octobre 2013. Le livre de Benjamin Libet écrit trois ans avant sa mort en 2007 et traduit pour les éditions Dervy sous le titre L’esprit au-delà des neurones, témoigne d’une vie de recherche qui aura influencé autant les neurosciences que nourri nombre de débats en philosophie. D’ailleurs l’ouvrage, rétrospective des travaux et des découvertes du chercheur, porte un sous-titre programmatique qui atteste de cette double-entrée philosophique et scientifique : Une exploration de la conscience et de la liberté. Les expériences de Libet montrent un décalage de quelques dixièmes de seconde entre l’activité cérébrale et l’accès des sujets d’expérience à leurs propres états subjectifs, états qui correspondent subjectivement à cette activité neuronale. Le décalage temporel constaté n’est donc pas celui qui a lieu entre des états cérébraux et les états mentaux correspondant, mais celui qui a lieu entre les états cérébraux et la conscience d’ordre supérieur qui se porte sur les états mentaux correspondant. Compris de cette façon, un tel décalage ne semble t-il pas logique, conforme à la différence qu’il peut y avoir entre conscience immédiate et conscience réflexive, d’ordre supérieur ?

[ neurosciences ]

sciences

Créer de nouveaux souvenirs pendant le sommeil ?
L'équipe de Karim Benchenane du Laboratoire Plasticité du cerveau à l'ESPCI, associée à des chercheurs du laboratoire Neuroscience à l'Institut de biologie Paris-Seine, a réussi à créer artificiellement, à l'aide d'une interface cerveau-machine, un souvenir de lieu pendant le sommeil chez la souris. Cette étude publiée dans la revue Nature Neuroscience démontre ainsi le rôle causal des cellules de lieu de l'hippocampe dans l'établissement d'une carte cognitive de l'environnement, et leur rôle dans la consolidation de la mémoire pendant le sommeil.
L'hippocampe est une structure cérébrale cruciale pour la mémoire et la navigation spatiale, chez l'homme comme chez l'animal. En effet, des lésions de l'hippocampe entrainent une amnésie antérograde, c'est à dire l'incapacité de former de nouveaux souvenirs. De plus, ces études de lésions ont pu montrer qu'il existait deux types de mémoire: la mémoire dite déclarative ou explicite, qui peut être communiquée par des mots, et la mémoire procédurale, qui concerne notamment des apprentissages moteurs, ou encore les conditionnements simples. Chez le rongeur, la mémoire spatiale, dont les facultés sont altérées par des lésions de l'hippocampe, est alors considérée comme une mémoire de type explicite, notamment lorsqu'elle est utilisée dans la mise en place d'un comportement dirigé vers un but.
De manière intéressante, l'activité de certains neurones de l'hippocampe est corrélée à la position de l'animal dans un environnement: on parle de cellules de lieu. Ce corrélât est si fort que l'on peut déduire la position de l'animal uniquement par l'analyse de l'activité de ces cellules de lieu, ce qui suggère que l'animal pourrait se servir de ces neurones particuliers comme carte mentale lors de la navigation. La découverte de ces cellules de lieu, ainsi que l'établissement de la théorie de la carte cognitive, a valu au neurobiologiste John O'Keefe l'attribution du prix Nobel de médecine 2014. Cependant, même si cette théorie était unanimement acceptée, elle ne reposait que sur des corrélations et il n'y avait jusqu'alors pas de preuve directe d'un lien de causalité entre la décharge des cellules de lieu et la représentation mentale de l'espace.
L'activité de ces cellules pourrait également expliquer le rôle bénéfique du sommeil dans la mémoire. En 1989, le chercheur Gyuri Buzsaki a proposé que ce rôle bénéfique pourrait reposer sur les réactivations neuronales survenant pendant le sommeil. En effet pendant le sommeil, les cellules de lieu rejouent l'activité enregistrée pendant l'éveil, comme si la souris parcourait à nouveau mentalement l'environnement afin d'en renforcer son apprentissage. A nouveau, cette théorie, bien qu'étayée par un nombre important de résultats concordants, n'avait pas pu être démontrée directement.
L'équipe du Laboratoire Plasticité du Cerveau à l'ESPCI, a utilisé une interface cerveau-machine pour associer pendant le sommeil les réactivations spontanées d'une cellule de lieu unique à une stimulation dans les fibres dopaminergiques du circuit de la récompense, appelé faisceau médian prosencéphalique. Au réveil, la souris se dirigeait directement vers le champ de lieu de la cellule de lieu associée aux stimulations, comme pour y rechercher une récompense, alors qu'aucune récompense n'y avait jamais été présentée. La souris avait donc consolidé un nouveau souvenir pendant son sommeil, celui de l'association de ce lieu à une sensation de plaisir.
Dans cette expérience, l'activité de la cellule de lieu était décorrélée de la position de la souris puisque celle-ci était endormie dans sa cage. L'association entre l'activité du neurone et de la stimulation récompensante entraine au réveil de la souris une association lieu-récompense. Cette étude apporte donc une preuve du lien causal entre l'activité d'une cellule de lieu et la représentation mentale de l'espace. Enfin, elle montre que les réactivations des cellules de lieu pendant le sommeil portent bien la même information spatiale que pendant l'éveil, confirmant ainsi le rôle des réactivations neuronales dans la consolidation de la mémoire.
Cette étude démontre enfin qu'il est possible de créer une mémoire complexe, ou explicite, durant le sommeil, allant bien au delà des précédentes études montrant que des conditionnements simples pouvaient être réalisés pendant le sommeil. Ces recherches pourraient permettre le développement de nouvelles thérapies du stress post-traumatique en utilisant le sommeil pour effacer l'association pathologique.

Auteur: Internet

Info: 8 avril 2015

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cognition

Des chercheurs de l'Institut de neurosciences de la Timone apportent un éclairage théorique nouveau sur une illusion visuelle découverte dès le début du XXème siècle. Elle restait incomprise alors qu'elle pose des questions fondamentales sur la manière dont notre cerveau représente les évènements dans l'espace et dans le temps. Cette étude parue le 26 janvier 2017 dans la revue PLOS Computational Biology, montre que la solution se situe dans les mécanismes prédictifs intrinsèques aux traitements neuronaux de l'information.
Les illusions visuelles sont toujours aussi populaires: de façon quasi magique, elles peuvent faire apparaitre des objets là où on ne les attend pas... Elles sont aussi d'excellentes occasions de questionner les contraintes de notre système perceptif. De nombreuses illusions sont basées sur le mouvement, comme par exemple, l'illusion du flash retardé. Observez un point lumineux qui se déplace sur une trajectoire rectiligne. Si un second point lumineux est flashé très brièvement juste au dessus du premier, le point en mouvement sera toujours perçu en avant du flash alors que leurs deux positions horizontales sont rigoureusement identiques.
Traiter l'information visuelle prend du temps et même si ces délais sont remarquablement brefs, ils ne sont cependant pas négligeables et le système nerveux doit les compenser. Pour un objet qui se déplace de façon prédictible, le réseau neuronal peut inférer sa position la plus probable en tenant compte de ce délai de traitement. Pour le flash, par contre, cette prédiction ne peut s'établir car son apparition est imprévisible. Ainsi, alors que les deux cibles sont alignées sur la rétine au moment du flash, la position de l'objet en mouvement est anticipée par le cerveau afin de compenser le délai de traitement: c'est ce traitement différencié qui provoque l'illusion du flash retardé.
Les chercheurs montrent que cette hypothèse permet également d'expliquer les cas où cette illusion ne fonctionne pas: par exemple si le flash a lieu à la fin de la trajectoire ou si la cible rebrousse chemin de façon imprévue. Dans ce travail, l'innovation majeure consiste à utiliser la précision de l'information dans la dynamique du modèle. Ainsi, la position corrigée de la cible en mouvement est calculée en combinant le flux sensoriel avec la représentation interne de la trajectoire, toutes deux existant sous la forme de distributions de probabilités. Manipuler la trajectoire revient à changer la précision, et donc le poids relatif de ces deux informations lorsqu'elles sont combinées de façon optimale afin de connaître où se trouve un objet au temps présent. Les chercheurs proposent d'appeler parodiction (du grec ancien paros, le présent) cette nouvelle théorie qui joint inférence Bayesienne et prise en compte des délais neuronaux.
Malgré la simplicité de cette solution, la parodiction comporte des éléments qui peuvent sembler contre-intuitifs. En effet, dans ce modèle, le monde physique environnant est considéré comme "caché", c'est-à-dire qu'il ne peut être deviné que par nos sensations et notre expérience. Le rôle de la perception visuelle est alors de délivrer à notre système nerveux central l'information la plus probable malgré les différentes sources de bruit, d'ambiguïté et de délais temporels.
Selon les auteurs de cette publication, le traitement visuel consisterait en une "simulation" du monde visuel projeté au temps présent, et ceci avant même que l'information visuelle ne puisse effectivement venir moduler cette simulation, la confirmant ou l'infirmant. Cette hypothèse qui semble relever de la "science-fiction" est actuellement testée avec des modèles de réseaux neuronaux hiérarchiques plus détaillés et biologiquement plausibles qui devraient permettre de comprendre encore mieux les mystères sous-jacents à notre perception. Les illusions visuelles n'ont vraiment pas fini de nous étonner !
(Figure: Dans l'illusion visuelle du flash retardé, un point en mouvement (le point rouge, en haut) est perçu en avant par rapport à un point flashé (en vert en bas), même si ils sont alignés verticalement à l'instant du flash. Depuis la découverte de cette illusion, les débats ne sont pas clos quant à l'origine du traitement différencié des deux points. Dans cette étude, il est proposé que ce décalage de position soit dû à un mécanisme prédictif dont le but est normalement de compenser les délais de traitement de l'information visuelle. En utilisant l'information sur le mouvement du point, du début de la trajectoire jusqu'au moment du flash, la position du point est donc "anticipée" pour correspondre au plus près à la position réelle au temps présent.)

Auteur: Internet

Info: PLOS Computational Biology review, 26 janvier 2017

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sciences

Notre cerveau: un chaos bien organisé. Une équipe de l'UNIGE décrypte un des mécanismes de la conscience Déchiffrer le mystère de la conscience est le défi majeur des neurosciences actuelles. Dans ce contexte, l'équipe vient de mettre en lumière une caractéristique importante de la pensée consciente. Grâce aux technologies de pointe en neuroimagerie du Brain & Behaviour Laboratory (BBL) et à des méthodes d'analyses mathématiques, cette équipe a montré que la pensée consciente peut se décomposer en une succession de micro-états cérébraux ou "atomes de la pensée". La séquence temporelle de ces micro-états n'est ni aléatoire, ni déterminée, mais chaotique, ce qui signifie qu'elle a une structure, mais qui ne peut pas être anticipée. Cette organisation chaotique de l'activité cérébrale apparaît comme la clef permettant au cerveau de réagir rapidement à des événements inattendus. Cette étude, qui fait l'objet d'une publication dans la revue PNAS, constitue un pas en avant sur la piste de la compréhension de la conscience, ainsi que de certaines maladies mentales. Le fonctionnement de la conscience reste une question encore très mal comprise des scientifiques. Beaucoup ont essayé d'en saisir les fondements en élaborant des modèles théoriques, mais peu ont réellement tenté d'en comprendre l'organisation cérébrale à partir de mesures de l'activité neuronale. Les prof. Dimitri Van De Ville et Christoph Michel, de la Faculté de médecine et du Centre de neurosciences de l'UNIGE, en collaboration avec l'Institut de Bio-ingénierie de l'Ecole polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), ont mis en place une expérience pour mieux saisir comment la pensée spontanée et consciente s'organise. En effet, les chercheurs ont mesuré l'activité cérébrale de volontaires en utilisant simultanément deux méthodes de neuroimagerie du Brain & Behaviour Laboratory (BBL) de l'UNIGE: l'électro-encéphalographie (EEG), qui permet d'obtenir des mesures à des échelles de temps de l'ordre de la milliseconde, et l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui permet de suivre l'activité du cerveau sur des échelles de temps de l'ordre de la seconde. Durant les enregistrements, les volontaires devaient laisser libre cours à leurs pensées, sans se focaliser sur une idée particulière. Les signaux provenant de ces enregistrements ont été analysés à l'aide d'outils mathématiques. Les atomes de la pensée A la suite de ces expériences, les scientifiques ont d'abord remarqué que l'activité cérébrale s'organise en une succession de micro-états. Ces micro-états, considérés comme les "atomes de la pensée", sont les éléments constitutifs de la cognition, un peu comme des "morceaux" de pensée. Chaque micro-état correspond à une configuration particulière de l'activité des neurones dans le cerveau. Les chercheurs ont mis en évidence quatre micro-états distincts qui correspondent aux aspects visuels, auditifs, introspectifs et attentionnels de la pensée. Une pensée apparaît donc comme une alternance de composantes visuelles, auditives, introspectives et attentionnelles. Des fractales dans notre cerveau En outre, en appliquant une analyse mathématique avancée sur les mesures faites au moyen de l'EEG et de l'IRMf, les chercheurs ont fait une découverte surprenante: les atomes ou morceaux de pensée se succèdent avec une structure temporelle semblable aux deux échelles de temps. La même structure est ainsi observée tant à l'échelle de l'ordre du dixième de seconde (avec l'EEG) qu'à celle de l'ordre de la dizaine de secondes (avec IRMf). Cette propriété est la caractéristique principale des fractales dans la théorie du chaos. Un objet fractal présente le même motif lorsqu'il est regardé au microscope, à la loupe ou à l'oeil nu. Il semblerait que la durée des micro-états joue un rôle prédominant dans cette organisation fractale de la pensée. "Prenons l'analogie du livre dans lequel les lettres représentent les atomes de la pensée. Ceux-ci se combinent pour former des mots, qui eux-mêmes se combinent pour former des phrases ; les phrases se combinent en paragraphes, et ainsi de suite jusqu'à obtenir un livre, tout cela avec toujours les mêmes règles syntaxiques" explique Christoph Michel, un des auteurs de l'étude. "Ce que nous avons mis en évidence, c'est une syntaxe de la pensée". Fonctionnel grâce au chaos Ce serait donc grâce à cette organisation "chaotique" de la pensée que le cerveau peut se réorganiser et s'adapter très rapidement selon les besoins. Des perturbations dans les micro-états pourraient être à l'origine de certaines maladies mentales. Par exemple, on a observé chez les schizophrènes des micro-états de durée plus courte que la normale, suggérant la présence de pensées inabouties. Suite à cette découverte, les chercheurs vont maintenant pouvoir s'attacher à comprendre cette syntaxe neuronale chez des patients neurologiques et chez des sujets sains qui subissent un changement de l'état de conscience, comme pendant le sommeil.

Auteur: Internet

Info: Université de Genève 21 octobre 2010

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