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En étudiant les yeux, un chercheur explore la façon dont le cerveau trie les informations

Un participant à l'étude est tourné vers la droite, portant un casque d'électroencéphalogramme (EEG) jaune et rouge qui s'ajuste autour de la tête du participant comme un bonnet de bain. Le casque est doté d'électrodes et d'une bande de puce qui entoure le bas du visage du participant.

Van Ede considère le cerveau comme un organe d’anticipation. Que nous soyons en train de faire du vélo, de conduire une voiture ou d’attraper un ballon, notre cerveau utilise en permanence nos expériences récentes pour guider nos actions à venir. « C’est vraiment au cœur de la cognition », explique Van Ede. Ce processus dépend de la mémoire de travail, de la capacité à stocker des informations à court terme, mais aussi de l’attention, car nous devons sélectionner les informations stockées pour les traduire en actions. « C’est vraiment un processus fondamental, et je pense que c’est ce qui m’attire dans ce processus. Et je veux comprendre comment il fonctionne. »

Bien que les scientifiques forment souvent des sous-disciplines qui traitent différents aspects des fonctions cérébrales comme des domaines de recherche distincts, van Ede espère combiner les études sur la mémoire de travail et l'attention pour mieux comprendre la pensée dans son ensemble. En cours de route, van Ede et ses collègues ont développé de nouvelles techniques pour mesurer exactement comment les gens pourraient traiter le monde qui les entoure.

Van Ede et ses collaborateurs ont « réellement fait avancer l’étude de la relation entre l’attention et la mémoire de travail dans des directions nouvelles et originales », explique Tobias Egner, un neuroscientifique cognitif de l’université Duke. « Cette recherche a vraiment pris un nouvel élan au cours de la dernière décennie, et je pense que les travaux de Freek ont ​​une influence considérable à cet égard. »

Faire attention au temps

Lors de ses études de premier cycle à l’université d’Utrecht aux Pays-Bas, van Ede a été ravi de découvrir qu’il pourrait continuer à étudier et à apprendre tout au long de sa carrière : il lui suffirait de devenir scientifique. Il se souvient en particulier de ce qui l’a attiré chez son futur mentor postdoctoral, Kia Nobre, qui travaille aujourd’hui à l’université Yale. Il se souvient « d’avoir lu ses études et d’avoir pensé : “Hé, il y a quelqu’un qui fait les choses un peu différemment de la plupart des gens.” »

À l’époque, la plupart des neuroscientifiques cognitifs étudiaient l’attention en termes d’espace, en plaçant des blocs à différents endroits sur un écran, par exemple, et en demandant aux gens de faire un choix parmi les blocs. Nobre, quant à lui, s’intéressait au rôle que pouvait jouer le temps.

Van Ede a également commencé à réfléchir à la question du temps. Après tout, nous ne passons pas notre vie figés dans le temps, à réagir à des objets sur un écran. Nous nous déplaçons dans le monde et voyons les choses en séquence. « Lorsque nous exécutons une danse, ou même que nous faisons du vélo ou quoi que ce soit d'autre », explique van Ede, « nos mouvements sont soigneusement orchestrés dans le temps. »

Obtenir une image plus réaliste du monde signifie mesurer l'activité cérébrale en temps réel, c'est pourquoi van Ede utilise l'électroencéphalographie, ou EEG (SN: 06/07/21). « C'est assez remarquable de pouvoir placer une électrode sur le crâne de quelqu'un… et de pouvoir mesurer l'activité électrique émise par le cerveau », dit-il. « Cela signifie que nous pouvons mesurer l'activité cérébrale au moment où elle se produit. » Les gens peuvent également se déplacer librement avec des casques EEG et ainsi découvrir le monde de manière plus réaliste.

Les yeux l'ont

Au début, van Ede et ses collègues ont associé l’EEG aux données de suivi oculaire, un moyen de s’assurer que les participants regardaient bien ce qu’on leur demandait de faire. « Un jour, j’ai décidé de me plonger dans l’étude des données oculaires », explique van Ede. « Je pense que c’était vraiment par curiosité. » Il a constaté que lorsqu’on demandait à quelqu’un de se souvenir de quelque chose à propos d’un objet qui était à l’écran, son regard se dirigeait vers l’endroit où se trouvait l’objet, même s’il n’était plus là.

Ce mouvement était détectable sous forme de microsaccades, de minuscules mouvements inconscients que vos yeux effectuent plusieurs fois par seconde. Ces microsaccades sont invisibles à l’œil nu et sont plus petites que les saccades que vos yeux effectuent deux à trois fois par seconde pour saisir une scène visuelle.

L'arrière de la tête de Freek van Ede est au premier plan de l'image, flou et hors sujet. Le point central de l'image est l'écran d'ordinateur qu'il regarde fixement, qui affiche une image en noir et blanc du visage du participant à l'expérience d'électroencéphalogramme (EEG). Il y a un cercle rouge autour de l'œil gauche du participant, et sous l'image du visage, il y a une image agrandie de l'œil.

Lorsque les participants à l’étude déplaçaient leur attention vers l’endroit où se trouvait un objet, les microsaccades étaient systématiquement attirées dans la direction de ce déplacement d’attention. « Nous avons rapidement réalisé que cette découverte ouvrait également de nouvelles possibilités pour « suivre l’œil de l’esprit » », explique van Ede, et ainsi déchiffrer les informations que le cerveau utilise pour planifier une action future.

Le laboratoire de Van Ede a utilisé cette technique pour montrer que, lorsqu'il prépare l'avenir, le cerveau ne conserve pas plusieurs informations disparates et n'attend pas que toutes les informations soient reçues pour élaborer un plan. Au lieu de cela, le cerveau planifie les actions possibles au fur et à mesure que chaque information arrive, même s'il ne peut sélectionner qu'un seul plan à la fin.

Van Ede « semble être très doué pour proposer de nouvelles variantes de modèles plus anciens » pour une tâche, dit Egner, « en examinant de nouvelles mesures et d'anciennes mesures de nouvelles manières ».

Cette découverte surprenante est emblématique de la recherche axée sur la curiosité que van Ede espère mettre en avant dans son laboratoire. Une compréhension basique de la façon dont le cerveau planifie les actions pourrait un jour nous aider à comprendre les troubles de la mémoire ou les problèmes d'attention, mais ce n'est pas le principal moteur. Ce que lui et son équipe ont choisi d'étudier est « un peu basé sur notre intuition, même sur ce qui est intéressant, ou basé sur des découvertes intrigantes que nous voulons poursuivre », explique van Ede.

Un homme portant un maillot de corps noir et une veste grise porte un casque VR bleu qui couvre la majeure partie de son visage au-dessus de sa tête. Ses bras sont tendus et chaque main tient une manette bleue. Il se tient dans une pièce aux murs blancs et au sol à carreaux, et il y a deux trépieds en arrière-plan.

Dans des travaux récents, van Ede et ses collègues ont cherché des signes de microsaccades systématiques pendant que les participants jouent en réalité virtuelle. Les participants à l'étude travaillent dans un monde virtuel où les objets défilent, comme le feraient des panneaux dans une rue, plutôt que de clignoter à l'écran comme c'est généralement le cas dans de tels tests. Pendant ce temps, van Ede suit les minuscules mouvements des yeux pour voir comment le cerveau des participants utilise les informations qu'ils ont récemment rencontrées pour élaborer un plan. C'est un pas de plus vers une balade à vélo dans les rues d'Amsterdam.

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