Une étude révèle que les signaux sensoriels et moteurs sont traités dans le cortex, remettant en question les compréhensions antérieures et indiquant que ces signaux sont étroitement liés pour influencer les décisions. Crédit : Issues.fr.com
Des recherches révolutionnaires montrent comment le cerveau intègre les informations sensorielles et les signaux de mouvement, influençant ainsi la façon dont nous réagissons à ce que nous entendons.
Vous entendez une sonnerie de téléphone ou un chien aboyer. Est-ce le vôtre ou celui de quelqu'un d'autre ? Vous entendez des pas dans la nuit : est-ce votre enfant ou un intrus ? Ami ou ennemi? La décision que vous prendrez déterminera les mesures que vous prendrez ensuite. Des chercheurs de la Fondation Champalimaud ont fait la lumière sur ce qui pourrait se passer dans notre cerveau lors de moments comme ceux-ci et nous rapprochent de la percée du mystère de la façon dont le cerveau traduit les perceptions en actions.
Comprendre les processus cérébraux pendant la prise de décision
Chaque jour, nous prenons d’innombrables décisions basées sur les sons, sans arrière-pensée. Mais que se passe-t-il exactement dans le cerveau lors de tels cas ? Une nouvelle étude du Renart Lab, publiée aujourd'hui (10 mai) dans Biologie actuelle, jette un oeil sous le capot. Leurs découvertes approfondissent notre compréhension de la manière dont les informations sensorielles et les choix comportementaux sont étroitement liés au sein du cortex, la couche externe du cerveau qui façonne notre perception consciente du monde.
Le cortex est divisé en régions qui assurent différentes fonctions : les zones sensorielles traitent les informations de notre environnement, tandis que les zones motrices gèrent nos actions. Étonnamment, les signaux liés aux actions futures, que l’on pourrait s’attendre à trouver uniquement dans les zones motrices, apparaissent également dans les zones sensorielles. Que font les signaux liés au mouvement dans les régions dédiées au traitement sensoriel ? Quand et où ces signaux apparaissent-ils ? L'exploration de ces questions pourrait clarifier l'origine et le rôle de ces signaux déroutants, ainsi que la manière dont ils influencent ou non les décisions.
Méthodes de recherche innovantes
Les chercheurs ont répondu à ces questions en concevant une tâche pour les souris. Le postdoctorant Raphael Steinfeld, auteur principal de l'étude, reprend l'histoire : « Pour comprendre ce que les signaux liés aux actions futures pourraient faire dans les zones sensorielles, nous avons soigneusement réfléchi à la tâche que les souris devraient accomplir. Les études précédentes reposaient souvent sur des tâches « Go-NoGo », dans lesquelles les animaux rapportaient leur choix en effectuant une action ou en ne bougeant pas, en fonction de l'identité du stimulus. Cette configuration mélange cependant les signaux liés à des mouvements spécifiques avec ceux liés au simple mouvement en général. Pour isoler les signaux d'actions spécifiques, nous avons entraîné des souris à choisir entre l'une des deux actions. Ils devaient décider si un son était fort ou faible par rapport à un seuil défini et rendre compte de leur décision en léchant l’un des deux becs, à gauche ou à droite.
Cependant, cela n'était pas suffisant. « Les souris apprennent rapidement cette tâche, réagissant souvent dès qu'elles entendent le son », poursuit Steinfeld. « Pour séparer l’activité cérébrale liée au son de celle liée à la réponse, nous avons introduit un délai critique d’une demi-seconde. Pendant cet intervalle, les souris ont dû retenir leur décision. Fondamentalement, ce retard nous a permis de séparer temporellement l’activité cérébrale liée au stimulus de celle liée au choix, et de suivre comment les signaux neuronaux liés au mouvement se sont déroulés au fil du temps à partir de l’entrée sensorielle initiale.
« Pour disséquer les représentations neuronales du stimulus et du choix, il était également important de concevoir une expérience suffisamment stimulante pour permettre aux souris de commettre des erreurs. Un taux de réussite de 100 % brouillerait la distinction entre stimulus et choix, car chaque stimulus susciterait toujours la même réponse. En créant un potentiel d’erreurs, nous pourrions distinguer l’encodage neuronal du son des décisions prises. Par exemple, dans les cas où les souris entendaient le même ton mais prenaient des décisions différentes (bonnes ou incorrectes), elles pourraient examiner si l'activité d'un neurone variait entre les deux actions. Si tel est le cas, cela indiquerait que le neurone a codé des informations sur le choix.
Approfondir la compréhension des connexions neuronales
Après six mois de formation rigoureuse, les chercheurs ont enfin pu commencer à enregistrer l’activité neuronale des souris pendant qu’elles effectuaient cette tâche. Ils se sont concentrés sur le cortex auditif, la partie du cortex responsable du traitement de ce que nous entendons, dont ils avaient déjà montré qu'elle était nécessaire à cette tâche. « Le cortex des souris et des humains est composé de six couches, chacune ayant des fonctions spécialisées et des connexions distinctes avec d'autres régions du cerveau », explique Alfonso Renart, chercheur principal et auteur principal de l'étude. « Étant donné que certaines couches reçoivent généralement des informations sensorielles provenant de régions du cerveau, tandis que d'autres envoient des informations aux centres moteurs, nous avons simultanément enregistré l'activité à travers les couches du cortex auditif – pour la première fois dans une tâche comme la nôtre, dans laquelle les signaux sensoriels et moteurs pourraient être proprement séparés.
« Nous avons constaté que les signaux sensoriels et liés au choix affichaient des modèles spatiaux et temporels distincts », poursuit Renart. « Les signaux liés à la détection du son sont apparus rapidement, mais se sont estompés rapidement, disparaissant environ 400 millisecondes après la présentation du son, et ont été largement distribués dans toutes les couches corticales. En revanche, les signaux liés au choix, qui indiquent le mouvement que la souris est sur le point d'effectuer, sont apparus plus tard, avant que la décision ne soit exécutée, et étaient concentrés dans les couches les plus profondes du cortex.
Cependant, malgré la séparation temporelle entre le stimulus et l’activité de choix, une analyse plus approfondie a révélé un lien intéressant : les neurones qui répondaient à une fréquence sonore spécifique avaient également tendance à être plus actifs pour les actions associées à ces sons. Comme l'explique Steinfeld : « Par exemple, un neurone qui réagit aux hautes fréquences pourrait s'activer davantage pour un coup de langue vers la droite chez une souris et un coup de langue vers la gauche chez une autre, selon la façon dont chacun a été entraîné, puisque nous avons changé la contingence son-action. Cette variabilité entre différents animaux montre que l'activité n'est pas programmée mais s'adapte grâce à l'expérience. Ces neurones apprennent à augmenter leur activité pour toute action appropriée en fonction de leur fréquence sonore préférée.
Origine et rôle des signaux de choix
Alors, quelle pourrait être l’origine de ces signaux de choix dans le cortex auditif ? « Fait intéressant », note Renart, « les premiers signaux sensoriels dans le cortex auditif ne semblent pas prédire le choix final des souris, et les signaux de choix apparaissent beaucoup plus tard. Cela suggère que les signaux sensoriels dans le cortex auditif ne provoquent pas directement les actions des souris et que les signaux de choix que nous observons sont probablement calculés ailleurs dans les régions supérieures du cerveau impliquées dans la planification ou l'exécution des mouvements, qui envoient ensuite leur feedback au cortex auditif. .»
Mais si ces signaux de mouvement ne dictent pas d’actions, quel rôle pourraient-ils jouer ? Peut-être servent-ils principalement à intégrer et à relayer des informations. Par exemple, ces signaux pourraient ajuster la perception du cerveau pour l’aligner sur une décision en cours, améliorant ainsi la stabilité de ce que nous percevons. Alternativement, ils pourraient préparer le cerveau aux résultats sensoriels attendus des actions, comme le bruit émis par le mouvement, garantissant ainsi que nos expériences sensorielles correspondent à nos mouvements.
Recherches futures et implications
Ces hypothèses restent cependant à vérifier. « On pourrait se demander si les signaux sensoriels du cortex auditif n'éclairent pas directement les choix et si les signaux de choix que nous y observons ne sont pas réellement produits par celui-ci, alors quel est exactement le but du cortex auditif ? » Renart réfléchit. « On pourrait supposer que le cortex auditif est plus concerné par la construction d'une expérience consciente du son que par la transformation sensori-motrice, mais c'est une histoire pour un autre jour. »
Pourtant, un rôle causal ne peut être exclu, d’autant plus que les couches plus profondes du cortex auditif transmettent des informations au striatum postérieur, qui fait partie du centre de contrôle des habitudes et des mouvements du cerveau. Les futures études viseront à identifier les origines précises de ces signaux de mouvement et s’ils sont effectivement responsables du comportement. Pour l’instant, nous pouvons ajouter une autre pièce au puzzle de la façon dont le cerveau convertit la perception en action, et des mécanismes internes à l’œuvre lorsque vous entendez la prochaine fois des pas dans la nuit.
