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Professeurs invités

Cognition, attention et conscience : la synchronie dans l’esprit

Lawrence Ward
p. 16-17

Résumé

Professeur à British Columbia University (Vancouver, Canada), invité par l’Assemblée des professeurs à l’initiative des Prs Alain Berthoz et Stanislas Dehaene, a donné en mai 2010, quatre conférences intitulées « Cognition, attention et conscience : la synchronie dans l’esprit »

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Texte intégral

Synchronisation neuronale et cognition

1On peut considérer que la tâche principale des neurosciences cognitives est d’expliquer comment le cerveau implémente des processus cognitifs tels que la perception, l’attention, la mémoire, la prise de décision et la conscience. Il est devenu banal de dire que de tels processus cognitifs sont implémentés par l’activité de réseaux de régions cérébrales fonctionnellement spécialisées qui se forment et se défont sur une échelle de temps allant de quelques dizaines à quelques centaines de millisecondes. Au cours de cette première conférence, je passerai en revue les connaissances actuelles sur un mécanisme susceptible d’être impliqué en profondeur dans la formation et la dissolution de ces réseaux, et dans la communication interne à ces réseaux : la synchronisation neuronale. Le concept de synchronisation neuronale renvoie à l’idée que les oscillations de l’activité d’un groupe de neurones, dans une certaine bande, étroite, de fréquences, peuvent se mettre transitoirement en phase avec celles d’un autre groupe de neurones. Ce verrouillage de phase passager joue différents rôles, et peut notamment faciliter la communication d’information entre les groupes neuraux et même remplir des fonctions computationnelles. On a montré que dans l’EEG et le MEG, les modulations de la synchronisation de thêta (4-7 hertz), alpha (8-15 hertz), et gamma (30-50 hertz), à la fois à l’intérieur des régions cérébrales et entre elles, sont toutes associées à des fonctions cognitives, y compris la perception, la mémoire, l’attention, et la conscience. Quelques-uns de ces principaux résultats sont passés en revue, et l’un d’entre eux comportant la détection de changements de l’environnement de stimuli est étudié en détail.

Synchronisation neuronale et attention

2Les réseaux neuronaux impliqués dans l’orientation de l’attention spatiale ont été en partie mis au jour. Mais on recherche toujours les modalités exactes par lesquelles ces réseaux réalisent cette orientation. Une hypothèse est que la synchronisation neuronale joue un rôle important dans l’organisation et le fonctionnement de ces réseaux. Je présente certains résultats issus de mon laboratoire qui commence à décrire la dynamique temporelle dans le réseau dorsal de régions cérébrales qui orientent l’attention volontaire. Présenter un signal indiquant l’endroit où se produira un stimulus cible déclenche une cascade de processus impliquant la synchronisation de régions frontales avec des régions pariétales, et celle de régions pariétales avec le cortex sensoriel, ainsi que des modifications de synchronisation à l’intérieur de ces régions. Beaucoup de ces changements se produisent indépendamment du type de cible, sauf en cas de changement de la région sensorielle concernée. Pour l’orientation visuelle en particulier, on observe une augmentation latéralisée transitoire de la synchronisation dans la bande gamma vers 250-300 ms après le début du signal. Une augmentation de la synchronisation dans la bande alpha commence à peu près en même temps, et se poursuit jusqu’au déclenchement de la cible. En outre, la synchronisation locale dans la bande alpha augmente dans le cortex occipital du côté où se trouve la cible et décroit du côté opposé, indiquant que les synchronisations locale et à longue distance jouent des rôles différents et complémentaires dans cette tâche. Finalement, je présente des données préliminaires sur l’orientation de l’attention auditive montrant que la synchronisation thêta maintient des réseaux d’orientation tandis que la synchronisation gamma marque une communication entre eux reposant sur des analyses de couplage.

Synchronisation neuronale et conscience

3On a suggéré que la conscience pourrait émerger de vastes ensembles de populations neuronales gamma-synchrones fonctionnellement intégrés qui se forment et se dissolvent à une certaine fréquence dans la bande thêta. J’examine l’idée que des moments distincts de l’expérience perceptuelle sont implémentés par la synchronisation dans la bande gamma des régions corticales concernées, et que la désintégration et réintégration de ces assemblées est temporellement liée aux oscillations thêta. À l’appui de cette hypothèse, j’apporte des éléments montrant que (1) l’oscillation perceptuelle qui se produit en situation de rivalité binoculaire est temporellement liée aux synchronisations de bande gamma qui se reproduisent suivant le rythme thêta, ce qui indique que le déclenchement de nouveaux percepts conscients coïncide avec l’émergence d’une nouvelle assemblée gamma-synchrone elle-même liée à un rythme thêta ; (2) la localisation des générateurs de ces rythmes gamma révèlent des sources préfrontales et pariétales récurrentes ; (3) on observe une modulation thêta de la synchronisation de la bande gamma au sein des régions cérébrales activées et entre elles. Ces résultats laissent penser que des mécanismes incessants de synchronisation gamma thêta-modulée réintègrent périodiquement un réseau pariétal préfrontal à grande échelle qui joue un rôle critique pour l’expérience perceptuelle. De plus, l’activation et l’inclusion dans le réseau du cortex temporal inférieur et du cortex moteur se produit en particulier au cours du cycle qui précède immédiatement une réponse indiquant une oscillation perceptuelle. Cela suggère que le réseau oscillant préfrontal-pariétal essentiel est étendu de manière à inclure d’autres régions corticales impliquées dans les tâches et perceptions qui alimentent la conscience à cet instant, en l’occurrence, le traitement d’image et le déclenchement de la réponse.

Le rôle du thalamus dans la conscience humaine

4On considère généralement que la conscience humaine naît de l’activité du néo-cortex ou de boucles thalamo-corticales. Toutefois, on peut démontrer que certaines zones sous-corticales, en particulier le diencéphale, jouent également un rôle critique. Je décris une théorie selon laquelle la conscience phénoménale dépend de l’activité neuronale synchrone dans le thalamus dorsal, un des composants principaux du diencéphale. La théorie du noyau dynamique thalamique repose sur quatre piliers empiriques : l’anatomie et la physiologie du cerveau, en particulier du thalamus dorsal et des aires corticales associées ; l’étude des lésions cérébrales et de l’anesthésie ; l’étude de la synchronisation neuronale, en particulier dans la rivalité binoculaire ; et des résultats de psychologie expérimentale de la cognition, en particulier le fait que nous expérimentons les résultats des computations corticales et non les processus par lesquels ils sont produits. Les quatre piliers empiriques confortent l’idée que le néocortex calcule les contenus potentiels de la conscience, et que l’activité d’inhibition latérale compétitive dans le noyau réticulé du thalamus sélectionne certains de ces contenus potentiels à inclure dans un noyau dynamique thalamique d’activité neuronale synchrone (et donc intégrée) qui engendre l’expérience phénoménale de ces contenus. La destruction du thalamus supprime par conséquent cette expérience elle-même, tandis que la destruction d’aires corticales particulières ne supprime que l’expérience des contenus dont cette aire est responsable. Cette théorie –ainsi que d’autres qui confèrent un rôle critique aux aires sous-corticales du cerveau dans la conscience– a des implications significatives pour le concept de mort cérébrale. En particulier, la théorie s’accorde avec la position de Shewmon, selon laquelle l’absence de cortex ou d’activité corticale ne signifie pas l’absence de conscience. Si l’absence permanente de conscience est un critère de la « mort », alors pour satisfaire à ce critère, il faut montrer que le néocortex et le diencéphale ont cessé de fonctionner.

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Pour citer cet article

Référence papier

La Lettre du Collège de France no 29, Paris, Collège de France, juillet 2010, p. 16-17, ISSN 1628-2329.

Référence électronique

Lawrence Ward, « Cognition, attention et conscience : la synchronie dans l’esprit », La lettre du Collège de France [En ligne], 29 | juillet 2010, mis en ligne le 20 mai 2011, consulté le 21 septembre 2017. URL : http://lettre-cdf.revues.org/916

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Auteur

Lawrence Ward

Professeur à British Columbia University (Vancouver, Canada)

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Droits d’auteur

© Collège de France

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