Comment le cerveau insère de nouvelles informations dans l'établissement d'objectifs
À l'aide de scintigraphies cérébrales de volontaires humains, des chercheurs du Princeton Neuroscience Institute (PNI) ont découvert que la mise à jour des objectifs a lieu dans le cortex préfrontal et semble impliquer des signaux associés à la dopamine chimique du cerveau. Lorsque les chercheurs ont utilisé une impulsion magnétique pour interrompre l'activité dans cette région du cerveau, les volontaires n'ont pas pu passer à une nouvelle tâche lorsqu'ils jouaient à un jeu les obligeant à appuyer sur un bouton après avoir vu des lettres apparaître sur un écran.
«Nous avons trouvé un mécanisme fondamental qui contribue à la capacité du cerveau à se concentrer sur une tâche, puis à passer de manière flexible à une autre tâche», a déclaré Jonathan Cohen, Ph.D., co-directeur de PNI. «Les déficiences de ce système sont au cœur de nombreux troubles critiques de la fonction cognitive, tels que ceux observés dans la schizophrénie et le trouble obsessionnel-compulsif.
Cohen a expliqué que les recherches existantes ont montré que lorsque de nouvelles informations sont utilisées pour mettre à jour une tâche, un comportement ou un objectif, ces informations sont conservées dans un type de stockage mémoire à court terme appelé mémoire de travail. Les chercheurs ne savaient cependant pas quels mécanismes étaient impliqués dans la mise à jour de ces informations.
Pour le savoir, l'équipe de recherche de Cohen a utilisé l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour scanner le cerveau de volontaires jouant à un jeu dans lequel ils appuyaient sur un bouton spécifique en fonction d'un repère visuel particulier.
Si le volontaire voyait la lettre A avant de voir la lettre X, il ou elle devait appuyer sur le bouton 1. Mais si le volontaire voyait la lettre B avant de voir le X, le participant devait appuyer sur le bouton 2. Les A et B servaient comme nouvelle information que la personne a utilisée pour mettre à jour son objectif de décider sur quel bouton appuyer. Une autre version de la tâche exigeait que les mêmes participants appuient sur le bouton 1 lorsqu'ils voyaient un X indépendamment du fait qu'un A ou un B soit affiché.
Avec l'IRMf, les chercheurs ont détecté une activité dans le cortex préfrontal droit lors de tâches qui obligeaient les participants à se rappeler s'ils avaient vu un A ou un B avant d'appuyer sur le bon bouton, mais pas pendant les tâches où le participant n'avait qu'à appuyer sur le bouton lorsque cela lui était demandé. par un X.
Ces résultats ont confirmé les conclusions d'une étude précédente dirigée par Cohen qui utilisait une autre méthode de numérisation pour évaluer le moment de l'activité cérébrale. En utilisant l'électroencéphalographie (EEG), les chercheurs ont découvert que le cortex préfrontal montrait un pic d'activité électrique cérébrale 150 millisecondes après que le participant ait vu la lettre A ou B.
Pour la nouvelle étude, les chercheurs ont démontré que le cortex préfrontal est en effet la zone du cerveau impliquée dans la mise à jour de la mémoire de travail en envoyant une courte impulsion magnétique à la région. Cette impulsion a perturbé l'activité du cortex au moment précis - comme l'a révélé l'EEG - les chercheurs soupçonnaient que le cortex préfrontal mettait à jour la mémoire de travail.
Lorsque les chercheurs ont introduit le pouls du côté droit du cortex préfrontal environ 150 millisecondes après que les volontaires aient vu le A ou le B, les participants ont été incapables d'appuyer sur les bons boutons, a déclaré Cohen.
«Nous avons prédit que si l'impulsion était délivrée à la partie du cortex préfrontal droit observée à l'aide de l'IRMf, et au moment où le cerveau met à jour ses informations comme révélé par l'EEG, alors le sujet ne conserverait pas les informations sur A et B, interférer avec sa performance sur la tâche de pression des boutons », a déclaré Cohen.
Enfin, les chercheurs ont exploré leur théorie selon laquelle la dopamine - un produit chimique naturel impliqué dans la motivation et la récompense - marque les nouvelles informations entrant dans le cortex préfrontal comme étant importantes pour la mise à jour de la mémoire de travail et des objectifs.
Cohen et son équipe ont imaginé une région du cerveau appelée le mésencéphale, qui contient des amas de cellules nerveuses appelées noyaux dopaminergiques qui sont la source de la plupart des signaux de dopamine dans le cerveau.
À l'aide de l'IRMf haute résolution, les chercheurs ont sondé l'activité de ces cellules libérant de la dopamine dans le cerveau de volontaires engagés dans le jeu. Les chercheurs ont découvert que l'activité dans ces zones était en corrélation avec l'activité dans le cortex préfrontal droit et avec la capacité des volontaires à appuyer sur les bons boutons.
«La partie remarquable était que les signaux de dopamine étaient corrélés à la fois avec le comportement de nos volontaires et leur activité cérébrale dans le cortex préfrontal», a déclaré Cohen. "Cette constellation de résultats fournit des preuves solides que les noyaux dopaminergiques permettent au cortex préfrontal de conserver des informations pertinentes pour la mise à jour du comportement, mais pas des informations qui ne le sont pas."
L'étude a été publiée par le Actes de l'Académie nationale des sciences.
Source: Université de Princeton
