La structure du cerveau contribue à guider le comportement, en anticipant les demandes changeantes

La structure du cerveau contribue à guider le comportement, en anticipant les demandes changeantes

La structure du cerveau contribue à guider le comportement, en anticipant les demandes changeantes 530 404 Sébastien BAGES

Chaque jour, le cerveau humain compose avec des tâches allant de la plus triviale à la plus complexe. Le nombre d’efforts et d’attention mentaux consacrés à chaque tâche est habituellement déterminé en une fraction de seconde et sans que cela soit conscient. Aujourd’hui, une étude du Massachusetts General Hospital (MGH) constate que la structure profonde du cerveau semble jouer un rôle important, dans la régulation du contrôle conscient du comportement orienté vers l’objectif, et contribue à optimiser les réponses comportementales en prédisant la difficulté des tâches à venir. Le rapport a été publié par anticipation sur internet dans la revue Nature.


« Le cortex cingulaire antérieur dorsal (dACC), qui se trouve en profondeur sous la couche externe des lobes frontaux, fait partie d’un pièce ancienne et énigmatique du cerveau », explique Emad Eskandar, du Département de Neurochirurgie du MGH, et auteur principal de l’article dans Nature. « Certains ont spéculé qu’il joue un rôle dans la détection des erreurs ou le suivi des demandes contradictoires, mais la façon dont il contribue à la régulation des réponses comportementales n’est pas clair. Nous avons donc utilisé une variété de techniques scientifiques pour obtenir un meilleur aperçu de sa fonction ».

L’étude a enrôlé six participants qui devaient faire l’objet d’une cingulotomie – une procédure durant laquelle une petite et précise lésion est créée à l’intérieur de l’ACC – pour traiter de graves troubles obsessionnels compulsifs (TOC) et qui n’avaient pas répondu à d’autres types de traitements. Une partie intégrante de la procédure de cingulotomie implique des enregistrements de l’activité individuelle des neurones dans la zone où la lésion doit être placée à l’aide de microélectrodes. Pour évaluer la fonction du dACC, les chercheurs ont enregistré l’activité cérébrale de plusieurs neurones au sein de la structure tandis que les participants ont réalisé une tâche comportementale ayant pour but de tester leurs réactions à des images visuelles.

La tâche consistait à présenter aux participants une série aléatoire d’images de trois chiffres, qui pouvaient être 0, 1, 2, ou 3. Dans chaque image, deux chiffres étaient identiques. Les participants ont répondu en appuyant sur l’un des trois boutons, dont la position indiquait quel nombre était différent – avec le bouton gauche indiquant 1, le 2 au milieu et le bouton 3 à droite. Chaque image a été classée par difficultés, en fonction de la position du chiffre cible ou des chiffres en double pouvant détourner l’attention des participants de la réponse correcte. Par exemple, lorsque les chercheurs montraient la série 3-3-2, la réponse correcte serait d’appuyer sur le bouton du milieu pour le numéro 2, et si l’image aurait été classée plus difficilement avec 3-2-3, le nombre cible et le bon bouton étaient à la même position.

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) des quatre participants à la tâche comportementale avant la procédure cingulotomie a révélé que la tâche avait augmenté l’activité métabolique au sein de la dACC, un résultat vu dans les précédentes études d’IRMf. L’IRMf a également révélé que la réponse à des images plus difficiles a produit plus de niveaux d’activités au sein de la dACC et dans d’autres structures connues pour être impliquées dans le processus décisionnel. Les enregistrements des microélectrodes peropératoires de tous les participants ont démontré que cette augmentation apparente de l’activité métabolique correspondait à une augmentation de l’activité neuronale, reliant pour la première fois l’activité accrue – révélée par IRMf – avec l’accroissement de l’activité électrique neuronale.

L’analyse de l’activité des neurones individuelles a indiqué que l’activité neuronale dACC est demeurée élevée immédiatement après les tests complexes. En outre, le temps de réaction des participants a exposé que la difficulté du test précédent eut un impact sur l’épreuve suivante : si l’essai précédent était du même niveau de difficulté, le temps de réaction était plus court, si les deux tests étaient d’un niveau de difficulté différent – même si le deuxième test était plus facile – le temps de réaction était plus long. En anticipant la difficulté des tâches à venir, notent les auteurs, il apparaît que les vitesses de réponses du dACC sont plus rapides lorsque les niveaux de difficulté sont constants, mais que le temps de réponse est ralenti lorsqu’il est confronté à l’évolution des demandes, en vue de promouvoir l’exactitude.

Bien que les tests de comportements menés après la procédure de cingulotomie – qui détruit les tissus au sein de la dACC – n’aient pas indiqué de changements dans la capacité des participants d’effectuer le test avec précision, l’impact des essais précédant sur ​​le temps de réaction semblait disparaître. « Les participants ont pu encore accomplir la tâche, mais le rôle du dACC dans l’amorçage du système basé sur l’expérience immédiate antérieure avait disparu », explique Eskandar. « Nous croyons que ce résultat indique un rôle important du dACC, en s’ajustant rapidement aux différentes exigences cognitives, peut-être par l’incorporation d’autres régions du cerveau pour résoudre des problèmes particuliers ».

Eskandar, un professeur agrégé de chirurgie à la Harvard Medical School, ajoute que, « tandis que d’importants changements cognitifs n’ont pas été rapportés chez des patients subissant une cingulotomie, l’emploi apparent du dACC à s’adapter aux situations changeantes implique un rôle possible de la structure dans plusieurs troubles psychiatriques ». Cela marque « un manque de flexibilité comportementale et d’adaptation qui est caractéristique des TOCs, par exemple. Savoir si oui ou non nos conclusions sont directement liées à ces troubles restent à déterminer, mais nous espérons que la poursuite d’études utilisant des tâches complexes, telles que le test comportemental dont nous nous sommes servis ici, sera utile dans le diagnostic ou la surveillance des troubles psychiatriques ».


Publication Nature
Citations de EurekAlert

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Sébastien BAGES
About the author

Sébastien BAGES

Plus de trois années de travail passionné sur Civilisation 2.0 Actus, et fondateur de l'association Civilisation 2.0, je mets à contribution mon expertise de veille technique et scientifique, mon analyse de chef de projet, mon engouement pour la science et ses outils, et mon expérience dans le développement stratégique afin d'offrir à tous ce qui en résulte.

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