![\"\"](\"https:\/\/www.blog-lecerveau.org\/wp-content\/uploads\/Freeman-phase-space.jpg\" "\\"Freeman")
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Comme je l\u2019ai pr\u00e9sent\u00e9 ici le 11 septembre dernier,<\/span><\/a><\/span> voici le r\u00e9sum\u00e9 d\u2019un aspect de mon cours #5 de l\u2019universit\u00e9 du troisi\u00e8me \u00e2ge (UTA)<\/span><\/a><\/span> que je donnerai demain \u00e0 Longueuil et lundi prochain \u00e0 St-Bruno.<\/p>\n J\u2019ai d\u00e9j\u00e0 d\u00e9taill\u00e9 pas mal le contenu de ce cours sur les rythmes c\u00e9r\u00e9braux\u00a0l\u2019automne pass\u00e9 dans le cadre de mon cours sur la \u00ab\u00a0cognition incarn\u00e9e\u00a0\u00bb<\/span><\/a><\/span>. Je vous invite donc \u00e0 retourner sur ce billet de blogue traitant de l\u2019activit\u00e9 dynamique du cerveau<\/span><\/a><\/span> comme son activit\u00e9 endog\u00e8ne, les oscillations neuronales ou encore la synchronisation d\u2019activit\u00e9 et ses r\u00f4les fonctionnels probables.<\/p>\n Dans ce billet, je rappelais l\u2019\u00e9poque pas si lointaine dans l\u2019histoire des neurosciences, o\u00f9 le caract\u00e8re chaotique de l\u2019ensemble de ces oscillations neuronales \u00e9tait associ\u00e9 \u00e0 du simple \u00ab\u00a0bruit\u00a0de fond\u00a0\u00bb. Et je notais que cette \u00e9poque \u00e9tait toutefois bien r\u00e9volue puisque la dimension temporelle de l\u2019activit\u00e9 c\u00e9r\u00e9brale qui se traduit par ces rythmes c\u00e9r\u00e9braux et cette synchronisation d\u2019activit\u00e9 est maintenant au c\u0153ur des travaux dans des champs de recherche complexes comme le sommeil<\/span><\/a><\/span> ou la conscience<\/span><\/a><\/span>. Or cette compr\u00e9hension du caract\u00e8re chaotique mais n\u00e9anmoins porteur de sens de l\u2019activit\u00e9 dynamique de notre cerveau, on la doit beaucoup au pionnier que fut Walter J. Freeman.<\/p>\n Dans cet autre billet de blogue que je lui avais consacr\u00e9<\/span><\/a><\/span> lors de son d\u00e9c\u00e8s il y a un an et demi, je rappelais comment Freeman avait \u00e9t\u00e9 \u00e0 l\u2019avant-garde de l\u2019approche dynamique incarn\u00e9e devenue aujourd\u2019hui incontournable dans les sciences cognitives modernes. Et c\u2019est en travaillant sur le syst\u00e8me olfactif du lapin qu\u2019il a pu jeter les bases de cette nouvelle approche \u00ab\u00a0neurodynamique\u00a0<\/span><\/a><\/span>\u00bb s\u2019inspirant de concepts de la physique du chaos.<\/p>\n Parce que la distribution spatiale des patterns d\u2019activit\u00e9 \u00e9lectrique \u00e9tait importante pour la perception des odeurs, Freeman a \u00e9t\u00e9 l\u2019un des premiers \u00e0 r\u00e9aliser que la perception requiert la \u201cmass action\u201d de milliers ou de millions de neurones. Pour essayer de comprendre comment le cerveau donne du sens \u00e0 un stimulus, Freeman a donc entra\u00een\u00e9 des lapins \u00e0 r\u00e9pondre \u00e0 des odeurs pendant qu\u2019il enregistrait les patterns d\u2019activit\u00e9 \u00e9lectrique dans leur bulbe olfactif.<\/p>\n Pour comprendre l\u2019activit\u00e9 nerveuse dynamique complexe qu\u2019il observait alors dans le bulbe olfactif, Freeman va faire appel aux math\u00e9matiques non lin\u00e9aires et \u00e0 des concepts issus de la physique du chaos. C\u2019est sur ces notions que j\u2019aimerais m\u2019attarder quelque peu aujourd\u2019hui.<\/p>\n Il faut d\u2019abord rappeler que jusqu’au milieu du XXe si\u00e8cle, on distinguait deux types de ph\u00e9nom\u00e8nes naturels : les ph\u00e9nom\u00e8nes al\u00e9atoires, qui sont par cons\u00e9quent impr\u00e9visibles, et les ph\u00e9nom\u00e8nes ob\u00e9issant \u00e0 une loi d\u00e9terministe, qui de ce fait sont pr\u00e9visibles. Autrement dit, connaissant leurs conditions initiales, on pouvait pr\u00e9dire leur comportement futur.<\/p>\n Or on s\u2019est aper\u00e7u que certains syst\u00e8mes d\u00e9terministes \u00e9taient constitu\u00e9s d’un tr\u00e8s grand nombre d’entit\u00e9s en interaction locale et simultan\u00e9e, ce qui emp\u00eachait l’observateur de pr\u00e9voir son comportement ou son \u00e9volution par le calcul lin\u00e9aire. Dans ce type de syst\u00e8me, une l\u00e9g\u00e8re modification des conditions initiales de l\u2019\u00e9tat du syst\u00e8me d\u00e9crit pourtant par des lois d\u00e9terministes peut suffire \u00e0 rendre impr\u00e9visible son comportement. On dit de ces syst\u00e8mes sensibles aux conditions initiales qu’ils sont \u00ab\u00a0chaotiques\u00a0\u00bb.<\/p>\n Une petite pr\u00e9cision s\u2019impose ici. Quand les neurobiologistes parlent d\u2019oscillations c\u00e9r\u00e9brales, on peut \u00eatre port\u00e9 \u00e0 croire qu\u2019il s\u2019agit d\u2019ondes sinuso\u00efdales parfaites (ce qui n\u2019est pas le cas \u00e9videmment). Une telle onde sinuso\u00efdale parfaite pourrait par exmple repr\u00e9senter les oscillations d\u2019un pendule simple. Ou encore, si l\u2019on repr\u00e9sente graphiquement l\u2019\u00e9volution cyclique d\u2019un pendule selon sa position et sa v\u00e9locit\u00e9, ce qu\u2019on appelle en anglais un \u201cphase portrait\u201d, on obtient tout simplement l\u2019orbite d\u2019un cercle.<\/p>\n Si l\u2019on ajoute maintenant un second pendule au premier, sa trajectoire est beaucoup plus complexe. M\u00eame si elle r\u00e9pond toujours \u00e0 de simples \u00e9quations, son comportement, lui, est difficile \u00e0 pr\u00e9dire<\/span><\/a><\/span>. C\u2019est un exemple de chaos d\u00e9terministe.<\/p>\n Et si l\u2019on regarde alors le \u201cphase portrait\u201d correspondant, on voit que les lignes tracent des formes circulaires, mais ne passent jamais exactement au m\u00eame endroit tout en tra\u00e7ant un pattern reconnaissable. Dans le vocabulaire de la physique du chaos, on appelle ce genre de figure un \u00ab\u00a0attracteur \u00e9trange\u00a0\u00bb.<\/p>\n De la m\u00eame mani\u00e8re, Freeman a d\u00e9montr\u00e9 qu\u2019on pouvait faire un \u201cphase portrait\u201d pour visualiser l\u2019activit\u00e9 simultan\u00e9e de deux enregistrements \u00e9lectrophysiologiques dans le bulbe olfactif du lapin. En faisant cela, Freeman a d\u00e9couvert qu\u2019en l\u2019absence d\u2019une odeur familli\u00e8re, le syst\u00e8me olfactif du lapin se comporte selon un attracteur chaotique (et donc pas du tout comme une oscillations sinuso\u00efdale parfaite). Si l\u2019on pr\u00e9sente une odeur famili\u00e8re \u00e0 l\u2019animal, le \u201cphase portrait\u201d devient soudainement\u00a0plus ordonn\u00e9, un peu comme l\u2019orbite du pendule simple (voir la figure de droite du trac\u00e9 en haut de ce billet).<\/p>\n Des odeurs apprises peuvent donc faire basculer le syst\u00e8me d\u2019un attracteur \u00e0 un autre. Derri\u00e8re ce qui ne semble \u00eatre que du \u00ab bruit \u00bb, ces fluctuations chaotiques r\u00e9v\u00e8lent des r\u00e9gularit\u00e9s et des propri\u00e9t\u00e9s, comme par exemple une capacit\u00e9 de changements rapides et \u00e9tendus, qui sont compatibles avec celles de la pens\u00e9e humaine<\/span><\/a><\/span>.<\/p>\n Pour Freeman, ce sont donc ces patterns qui surgissent \u00e0 un niveau interm\u00e9diaire entre l\u2019activit\u00e9 unitaire d\u2019un neurone et l\u2019activit\u00e9 globale du cerveau qui constituent la signification que l\u2019on construit \u00e0 partir des stimuli per\u00e7us. Et c\u2019est \u00e0 ce niveau que notre exp\u00e9rience du monde r\u00e9siderait, tandis que les propri\u00e9t\u00e9s physiques brutes des stimuli sont rapidement \u00e9cart\u00e9es par le cerveau.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" Comme je l\u2019ai pr\u00e9sent\u00e9 ici le 11 septembre dernier, voici le r\u00e9sum\u00e9 d\u2019un aspect de mon cours #5 de l\u2019universit\u00e9 du troisi\u00e8me \u00e2ge (UTA) que je donnerai demain \u00e0 Longueuil et lundi prochain \u00e0 St-Bruno. 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