lundi, 28 mars 2011
Synchroniser nos neurones pour syntoniser notre pensée ?
Comme le pendule d’une horloge oscille pour marquer le temps, nos réseaux de neurones oscillent ensemble pour faciliter l’encodage de certains souvenirs. C’est du moins l’une des fonctions que l’on attribue à ce phénomène grandement préservé au cours de l’évolution dans le règne animal. D’où l’intérêt croissant pour ces oscillations neuronales qui rendent possible un codage temporel de l’information. Un outil précieux qui s’ajoute aux nombreuses représentations spatiales du corps et du monde extérieur dans le cerveau.
De nombreuses données montrent par exemple que lorsqu’un neurone émet des potentiels d’action selon un certain rythme, et qu’il synchronise dans le temps ce rythme avec celui d’autres neurones, il se produit un couplage (ou « binding », en anglais) qui pourrait par exemple influencer la perception des stimuli sensoriels ou encore lier temporairement des assemblées de neurones travaillant en parallèle dans le cerveau pour représenter les différents attributs d’un objet ou d’une image mentale. Ces oscillations observées spontanément dans les réseaux de neurones émergent de l’interaction dynamique entre les propriétés membranaires intrinsèques des neurones et l’architecture des circuits impliqués (voir aussi cet autre billet).
Ce sont de tels circuits de neurones situés dans l’hippocampe de rat que Laura Colgin a utilisé pour démontrer que deux fréquences différentes d’oscillation pouvaient servir à sélectionner alternativement deux types d’information : de l’information sur la position actuelle de l’animal, associée à l’activité du cortex entorhinal; et de l’information sur le stockage de cette information spatiale, associée à l’activité de la région CA3 de l’hippocampe.
L’étude de Colgin, publiée en novembre 2009 dans la revue Nature, montre en effet que les oscillations de fréquence Gamma rapides (65-140 Hz) enregistrées dans la région CA1 de l’hippocampe sont synchrones avec les mêmes oscillations Gamma rapides du cortex entorhinal. Et de même, les oscillations Gamma lentes (25-50 Hz) enregistrées toujours dans la région CA1 de l’hippocampe sont pour leur part synchrones avec les oscillations Gamma lentes de l’aire CA3 de l’hippocampe.
L’auteure conclut que les synchronisations observées appuient l’idée que les différentes fréquences des oscillations Gamma seraient, à l’image des différentes fréquences d’un poste de radio, un moyen qu’utilise le cerveau pour syntoniser tantôt un vieux souvenir (fréquences basses de 25-50 Hz), tantôt de l’information pertinente sur ce qui se passe actuellement (fréquences élevées de 65-140 Hz).
Si ce « syntonisateur Gamma » s’avère un principe général de nos réseaux de neurones leur permettant d’alterner entre différents « canaux » plusieurs fois par seconde, cela s’accorderait en tout cas très bien avec les fluctuations rapides de notre pensée.
How the Brain Filters out Distracting Thoughts to Focus on a Single Bit of Information
Frequency of gamma oscillations routes flow of information in the hippocampus
Neuronal Oscillations in Cortical Networks
Au coeur de la mémoire, L'émergence de la conscience | 4 commentaires »
[…] Voilà ce que des centaines d’études avec des tranches d’hippocampes n’avaient pas pu observer et qui a été démontré clairement dans cette expérience. Quand on sait l’importance primordiale des rythmes Thêta pour l’apprentissage et la mémoire, savoir que ce rythme peut émerger de manière endogène dans l’hippocampe, et même à sa sous-région CA1 comme l’étude a pu le montrer, soulève d’intéressantes questions pour l’avenir. Par exemple, celle du type d’interneurones du CA1 impliqués dans la génération des rythmes, ou comment se fait l’intégration des autres rythmes observés dans le cortex, comme le rythme Gamma (voir cet autre billet). […]
Billet extrêmement intéressant qui montre l’importance des oscillations neuronales, de leur synchronicité, des rapports que celle-ci entretient avec l’émergence de la conscience actuelle ou l’encodage des souvenirs, et qui débouche sur une conclusion assez faramineuse évoquant un lien possible entre le jeu des oscillations multiples en une seule seconde et « les fluctuations rapides de notre pensée ».
Sans aller jusqu’à parler de nos pensées, on pourrait émettre une hypothèse sur le lien entre ces phénomènes oscillatoires et l’émergence des sensations, au moins les primaires comme les sensations tactiles, les sensations algiques localisées, les sensations olfactives. Et à partir de là proposer un nouveau questionnement sur l’émergence de la conscience sensible.
L’hypothèse qu’on pourrait formuler serait la suivante. Chaque type de sensation primaire, par exemple celle d’une caresse du gros orteil droit par une plume, serait associée à un type d’oscillations particulier. Chaque zone du tronc, chaque partie de chaque membre( comme le gros orteil droit) est reliée plus ou moins distinctement à un module situé dans cette région du cerveau qu’on appelle le corps de Penfeld. Lorsque la partie du membre ou la zone délimitée est stimulée d’une certaine façon, les neurones du module correspondant entrent pour une grande part en activité selon bien sûr la localisation précise et la nature exacte de la stimulation. Il est concevable qu’alors les neurones activés qui pourraient présenter quelques types seulement d’oscillations diverses les produiraient de manière simultanée, ou décalée ou déphasée d’une façon qui serait particulière au module et étroitement associée à la sensation perçue.
S’agissant de l’émergence de la sensation, les questions qu’on se pose portent sur la nature des phénomènes liés à l’émergence mais aussi plus simplement sur l’espace où elle se produit. Revenons à la caresse de la plume sous le gros orteil : la sensation de la caresse naît-elle dans le gros orteil où elle est ressentie ? Dans le parcours des potentiels d’action par la voie nerveuse jusqu’à l’agrégat de neurones qui correspond au module du gros orteil ? dans ce module lui-même ? encore après ?
L’hypothèse d’un ensemble d’oscillations particulier au module enrichit d’abord l’idée qu’on peut se faire de l’espace postérieur dans le parcours de l’information sensorielle. Jusqu’alors on pouvait l’assimiler uniquement à la partie du néocortex où conduisent les prolongements axonaux du module. On devrait maintenant considérer un autre espace dont l’aire se confondrait certes avec celle du module considéré mais qui, sur le plan conceptuel, ferait coexister les phénomènes oscillatoires composant un tout particulier, et au module et à la sensation.
Alors que la sensation se présente au sujet comme unifiée, continue et particulière, aucun ensemble de phénomènes dans tout espace que nous avons considéré ne paraît se présenter comme un tout particulier, continu et unifié (nombreux récepteurs sensibilisés dans l’orteil, relais synaptiques dans le parcours du « message sensoriel », neurones multiples activés dans le module, diversité des axones parcourus dans le cortex). L’oscillation particulière des neurones du module n’est jamais que la somme d’oscillations distinctes et se présente aussi comme une réalité discontinue.
Cependant une propriété de l’oscillation des neurones doit être considérée et pourrait bien conduire à envisager sous un jour tout nouveau l’activité globale du module. Lorsqu’un neurone oscille, c’est que sa membrane subit une succession de polarisations et de polarisations. Cela vient du fait que des ions entrent à l’intérieur de la membrane puis en sont aussitôt expulsés. Il y a donc déplacement de charges électriques dans un sens puis dans un autre. Or tout déplacement de charge électrique produit un champ magnétique perpendiculaire à ce déplacement d’une grandeur proportionnelle à la quantité de charge déplacée. Dans un point donné de l’espace cérébral comme dans tout espace terrestre, il existe une certaine intensité de champ magnétique. Cette intensité varie forcément en fonction des déplacements de charge environnants. Si le module excité par le signal entrant produit un système d’oscillations qui lui est propre, le champ magnétique existant en tout point de l’espace cérébral variera en intensité d’une façon correspondante aux variations résultante du système.
Ainsi donc l’effet produit par la caresse de l’orteil se répercuterait dans tous les points de l’espace cérébral à partir de l’activité du module de l’orteil d’une façon unique, unifiée et continue. L’idée que la sensation pourrait émerger à partir de là dans l’espace cérébral est dès lors envisageable.
Ce n’est pas pour autant qu’on puisse comprendre comment cette émergence se ferait. Imaginons par exemple que la sensation de caresse au gros orteil par une plume soit équivalente (pourquoi pas ? !) à l’image, sur l’écran d’une télévision analogique, d’une plume caressant un orteil. L’image implique la réception par le téléviseur d’une onde électromagnétique à fréquence modulée dont les modulations, si l’image est fixe, se répètent tous les vingtièmes de seconde. A chaque période, on peut alors considérer « une portion d’onde utile » propre à l’image. L’hypothèse formulée à propos du module de l’orteil nous conduit à penser que tant que la sensation de caresse à l’orteil dure une forme de modulation d’intensité magnétique particulière se répète périodiquement dans tout l’espace cérébral. Mais dire que cette forme qui se répète constitue l’émergence de la sensation ce serait comme dire que « la portion d’onde utile propre à l’image » est l’image même de l’orteil caressé par une plume qu’on voit sur l’écran.
Entre la « portion d’onde utile » et l’image il n’y a rien moins que tout le fonctionnement du téléviseur qui s’interpose. Mais ce fonctionnement va surtout consister à mettre en application une propriété très simple de l’électron qui est de rendre lumineux les photophores sur l’écran avec une intensité liée à la vitesse dont il les frappe (j’en reste bien sûr à l’image noir et blanc). Si l’intensité du champ magnétique existant en tout point de l’espace cérébral pouvait -et peut-être en un seul point donné de celui-ci- engendrer un phénomène psychique simple et variable en fonction de cette intensité, on aurait peut-être le principe qui fait passer au bout du compte l’activité oscillatoire particulière d’un module au ressenti d’une sensation.
De la caresse de l’orteil à la sensation de cette caresse le parcours est long. Bien des espaces divers s’interposent. La particularité de l’ultime est peut-être justement de n’avoir plus de lieu mais de n’exister que dans le temps, un temps où se succèderaient des états psychiques trop brefs pour être perceptibles mais dont la succession spéciale donnerait à la conscience la perception d’une sensation particulière. Dans cette conception de l’émergence de la conscience sensible, les oscillations des neurones dont l’importance est si bien mise en lumière dans l’ article « Synchroniser nos neurones pour syntoniser notre pensée » jouent un rôle essentiel.
[…] Synchroniser nos neurones pour syntoniser notre pensée ? […]
Bonjour
Votre article est très intéressant. Je prépare un concours et cette méthode pour mémoriser les nombreux cours à mémoriser me serait d’une grande utilité. Cependant, j’aimerais connaître quel genre de musique a des fréquences élevées de 65-140 Hz car je dois mémoriser des infos d’actualité à savoir des infos d’actualité. J’ai cherché sur le net mais les fréquences ne sont pas mentionnés sur les musiques. Merci de répondre à ma demande.
Alain