Comment le cerveau qui décide s’allume : la carte neuronale la plus complète à ce jour

Que se passe-t-il au niveau des neurones individuels de notre cerveau lorsque nous sommes en plein choix ? Cela révèle la première cartographie complète de l’activité cérébrale à la base des processus décisionnels, réalisée non pas dans une seule aire cérébrale mais dans l’ensemble du cerveau (chez la souris).

L’effort colossal, fruit d’une collaboration internationale dirigée par l’International Brain Laboratory (IBL) basé à Genève, en Suisse, permet d’observer l’intégralité du processus à la base d’une décision au niveau des cellules cérébrales :

les résultats, publiés dans Nature, montrent que ce sont, dès le début, de nombreuses zones cérébrales qui travaillent ensemble de manière coordonnée, et non pas — comme on l’avait longtemps supposé — qu’elles fonctionnent de manière hiérarchique et séquentielle.

« La carte décrit l’activité de plus de 650 000 neurones individuels avec une résolution au niveau de pics uniques. Cette activité est à la base des fonctions sensorielles et motrices du cerveau qui sous-tendent une décision.

La carte est une ressource fantastique, déjà explorée par une multitude de chercheurs, qui produit des découvertes inattendues » explique Matteo Carandini, Professeur de neurosciences visuelles à l’Université College London qui a participé à la collaboration.

La résolution spatiale et temporelle de la carte est sans précédent et naît de la volonté d’étudier l’activité cérébrale en réunissant les compétences et les technologies des meilleurs laboratoires de neurosciences d’Europe et des États‑Unis, à l’image de ce qui a été vu en physique des particules avec le CERN et en biologie avec le Human Genome Project.

Au lieu d’étudier comment le processus se déploie dans une ou deux zones cérébrales à la fois, comme cela se faisait autrefois, les chercheurs ont enregistré simultanément l’activité neuronale de souris dans 12 laboratoires disséminés sur deux continents, en utilisant des outils et des méthodes de traitement des données standardisés, c’est‑à‑dire identiques pour tous et facilement reproductibles, tandis que les rongeurs accomplissaient la même tâche décisionnelle.

Cet effort coordonné a permis d’atteindre une précision et une envergure sans précédent dans la cartographie :

« Nous avons enregistré plus de demi-million de neurones chez des souris dans 12 laboratoires, couvrant 279 zones cérébrales, qui ensemble représentent 95% du volume cérébral de la souris. »

L’activité décisionnelle, et en particulier celle liée à la récompense, ont éclairé le cerveau comme un arbre de Noël » raconte Alexandre Pouget, Professeur de neurosciences computationnelles à l’Université de Genève et co-fondateur de l’IBL.

Les souris ont été placées devant un écran sur lequel était projetée une lumière, parfois à droite et parfois à gauche.

Les rongeurs devaient tourner une petite molette dans le sens indiqué par la lumière afin de recevoir une récompense.

Parfois, toutefois, la lumière était trop faible pour être perçue avec précision, et les souris devaient décider elles‑mêmes de quel côté tourner la molette. Comme prévu, les animaux se sont appuyés sur la fréquence d’apparition de la lumière dans l’un ou l’autre quadrant pour décider.

Ainsi, au‑delà d’étudier en direct comment leur cerveau s’activait, les scientifiques ont pu étudier aussi comment les attentes influencent le processus décisionnel (découverte décrite dans un second article, toujours dans Nature).

L’expérience a montré que les signaux cérébraux générés lors de la prise de décision sont sorément bien répartis dans le cerveau et ne se localisent pas dans des régions spécifiques :

l’activité cérébrale sous‑tendant nos choix ne serait pas organisée de manière pyramidale, mais il y aurait au contraire une communication constante entre les régions pendant la décision, le mouvement qui suit et la récompense accordée au choix effectué.

Ce qui a été découvert sera important pour les futures études sur les comportements complexes, qui devront adopter une approche plus holistique, c’est‑à‑dire regarder un cadre plus large que celui envisagé jusqu’ici. La même méthodologie sera ensuite appliquée à l’étude d’autres sujets importants pour les neurosciences.

La seconde étude a démontré que les attentes sont codées non seulement dans les aires cérébrales qui régulent les fonctions cognitives, mais aussi dans celles qui contrôlent les stimuli sensoriels et les actions.

Ainsi, s’il est vrai que le cerveau est une machine à formuler des prévisions, il est aussi vrai que les attentes jouent un rôle important dans la façon dont nous nous comporterons. Une confirmation qui pourrait être utile dans les recherches sur des troubles comme la schizophrénie et l’autisme, où il semble que la manière dont les attentes sont codées dans le cerveau ait aussi son importance.