L'imagerie cérébrale aide à cartographier notre façon de penser
Le cerveau humain est un organe extrêmement compliqué avec de nombreux secrets. Pour améliorer la compréhension de la façon dont le cerveau produit et contrôle les pensées, les chercheurs ont converti les systèmes d'imagerie structurelle du cerveau en «schémas de câblage» des connexions entre les régions du cerveau.
Trois chercheurs du Département des sciences psychologiques et du cerveau de l'Université de Californie à Santa Barbara (UCSB) - Michael Miller, Scott Grafton et Matt Cieslak - ont utilisé la structure des réseaux de neurones pour apprendre les règles de base qui régissent les parties du cerveau les plus capables exercer un contrôle cognitif sur les pensées et les actions.
Cette étude est la première à fournir une explication mécaniste de la façon dont le cortex frontal exerce un contrôle sur les billions de neurones individuels qui permettent aux gens de rester concentrés sur une tâche ou de passer à une tâche radicalement différente.
Les résultats apparaissent dans le journal Communications de la nature.
"Des régions particulières de votre cerveau sont prédisposées à contrôler vos pensées en fonction de leur position par rapport à d'autres régions", a déclaré Miller, professeur de psychologie à l'UCSB et co-auteur de l'article.
«Les régions de la« périphérie »peuvent effectuer un type de contrôle très spécifique. Ils peuvent déplacer le système vers des États éloignés, comme passer du travail à votre travail à celui de jouer avec vos enfants. »
Cette nouvelle recherche associe les neurosciences de pointe au domaine émergent de la science des réseaux, souvent utilisée pour étudier les systèmes sociaux.
En appliquant la théorie du contrôle - un domaine traditionnellement utilisé pour étudier les systèmes électriques et mécaniques - les enquêteurs montrent qu'être à la périphérie du cerveau est nécessaire pour que le cortex frontal contrôle dynamiquement la direction des pensées et le comportement orienté vers un but.
«Nous avons besoin d'une théorie de base sur la façon dont le cerveau se contrôle, et pour y arriver, nous suggérons de traiter le cerveau comme un système d'ingénierie», a déclaré l'auteure principale Danielle Bassett, professeure adjointe en innovation à la School of Engineering and Applied de l'Université de Pennsylvanie. Science.
«Le contrôle cognitif ressemble beaucoup au contrôle technique: vous modélisez la dynamique du système en identifiant les points clés; si je pousse sur cette pièce ou si je tire sur ce levier, je peux offrir une prédiction de la façon dont cela va affecter d'autres parties du réseau. "
En appliquant les équations de la théorie du contrôle aux schémas de câblage générés à partir de scintigraphies cérébrales, les chercheurs ont montré que les différences géographiques et fonctionnelles entre les régions du cerveau sont liées.
Bien que l’analyse ne puisse pas dire si la localisation du cortex frontal ou son rôle ont évolué en premier, elle suggère qu’une partie de la capacité du cortex frontal à contrôler la fonction exécutive dépend de sa distance par rapport aux autres parties du réseau cérébral.
«Cette étude annonce une nouvelle vague de science des réseaux, fondée sur une théorie du contrôle rigoureuse», a déclaré le co-auteur Grafton, directeur du Brain Imaging Center de l’UCSB.
«Lorsqu'ils sont appliqués à des données d'imagerie cérébrale de pointe, nous commençons à voir certains des compromis de conception inhérents à l'architecture des connexions cérébrales.»
Les régions qui sont les plus interconnectées - et donc plus internes au réseau - sont très douées pour déplacer le cerveau vers des états proches - par exemple, de l'écriture d'un e-mail à quelqu'un pour parler avec cette personne au téléphone.
«Ce qui est particulièrement intéressant si nous regardons où se trouvent ces nœuds internes, ils sont tous dans les régions du« mode par défaut », qui sont les régions qui sont actives lorsque vous vous reposez», a déclaré Bassett. «Cela a du sens, car si vous développiez un système optimal, vous voudriez placer sa base de référence là où il peut se rendre assez facilement à la plupart des endroits où il doit aller.»
Selon le co-auteur Cieslak, ce type de compréhension holistique de la relation entre les emplacements des régions du cerveau et leurs rôles est nécessaire pour adapter de meilleurs traitements aux personnes qui ont perdu leur fonction exécutive en raison d'une maladie ou d'une blessure.
Cieslak croit que cette compréhension fondamentale de la façon dont le cerveau contrôle son activité pourrait aider à mener à de meilleures interventions pour les conditions médicales associées à un contrôle cognitif réduit, comme l'autisme, la schizophrénie ou la démence.
Source: Université de Californie, Santa Barbara / EurekAlert
