Parties du cerveau hors ligne même lorsque nous sommes éveillés

De nouvelles recherches suggèrent que certaines parties du cerveau s'allument et s'éteignent naturellement, même lorsque nous sommes éveillés. Les chercheurs de l'Université de Stanford pensent que cela pourrait conduire à des interventions visant à garantir que les zones du cerveau que nous utilisons sont en ligne et fonctionnent à leur pleine capacité.

Les scientifiques expliquent que lorsque nous sommes dans un sommeil profond, l’activité de notre cerveau fluctue en grandes vagues évidentes, comme regarder une marée de corps humains se lever et s’asseoir autour d’un stade de sport. C’est difficile à manquer.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont découvert que les mêmes cycles existent dans le réveil et dans le sommeil, mais avec seulement de petites sections assises et debout à l'unisson plutôt que le stade entier. C’est comme si de minuscules portions du cerveau s’endormaient et se réveillaient tout le temps.

De plus, il semble que lorsque les neurones sont passés à l’état le plus actif, ou «allumé», ils sont mieux à même de répondre au monde. Les neurones passent également plus de temps à l'état actif lorsqu'ils prêtent attention à une tâche. Cette découverte suggère que les processus qui régulent l'activité cérébrale pendant le sommeil pourraient également jouer un rôle dans l'attention.

"L'attention sélective est similaire à rendre de petites parties de votre cerveau un peu plus éveillées", a déclaré Tatiana Engel, Ph.D., postdoctorante et co-auteur principal de la recherche, récemment publiée dans Science.

L'ancien étudiant diplômé Nicholas Steinmetz est l'autre co-auteur principal, avec les expériences de neurophysiologie réalisées dans le laboratoire du Dr Tirin Moore, professeur de neurobiologie et l'un des auteurs principaux.

Comprendre ces cycles nouvellement découverts nécessite de savoir un peu comment le cerveau est organisé.

Si vous introduisiez une épingle directement dans le cerveau, toutes les cellules cérébrales que vous auriez touchées répondraient aux mêmes types de choses. Dans une colonne, ils peuvent tous répondre à des objets dans une partie particulière du champ visuel - en haut à droite, par exemple.

L'équipe a utilisé ce qui équivaut à des ensembles de broches très sensibles qui peuvent enregistrer l'activité d'une colonne de neurones dans le cerveau.

Dans le passé, les gens savaient que les neurones individuels traversaient des phases plus ou moins actives, mais avec cette sonde, ils ont vu pour la première fois que tous les neurones d'une colonne donnée faisaient un cycle entre le déclenchement très rapide, puis le tir sur un taux beaucoup plus lent, similaire aux cycles coordonnés du sommeil.

«Pendant un état de marche, les neurones commencent tous à se déclencher rapidement», a déclaré le Dr Kwabena Boahen, professeur de bio-ingénierie et de génie électrique à Stanford et auteur principal de l'article.

«Puis, tout à coup, ils passent à une cadence de tir faible. Cette commutation marche / arrêt se produit tout le temps, comme si les neurones lançaient une pièce pour décider s'ils allaient être allumés ou éteints. "

Ces cycles, qui se produisent de l'ordre de quelques secondes ou fractions de secondes, n'étaient pas aussi visibles à l'état réveillé car l'onde ne se propage pas beaucoup au-delà de cette colonne, contrairement au sommeil lorsque l'onde se propage sur presque tout le cerveau et est facile à détecter.

L'équipe a constaté que les états d'activité supérieurs et inférieurs sont liés à la capacité de répondre au monde.

Le groupe avait sa sonde dans une région du cerveau de singes qui détecte spécifiquement une partie du monde visuel. Les singes avaient été entraînés à prêter attention à un signal indiquant que quelque chose dans une partie particulière du champ visuel - le coin supérieur droit, par exemple, ou le coin inférieur gauche - était sur le point de changer légèrement. Les singes ont ensuite reçu une friandise s'ils ont correctement identifié qu'ils avaient vu ce changement.

Lorsque l'équipe a indiqué où un changement pourrait se produire, les neurones de la colonne qui détecte cette partie du monde ont tous commencé à passer plus de temps à l'état actif.

En substance, ils ont tous continué à basculer entre les états à l'unisson, mais ils ont passé plus de temps dans l'état actif s'ils y prêtaient attention. Si le changement de stimulus est survenu lorsque les cellules étaient dans un état plus actif, le singe était également plus susceptible d'identifier correctement le changement.

«Le singe est très bon pour détecter les changements de stimulus lorsque les neurones de cette colonne sont à l'état activé mais pas à l'état désactivé», a déclaré Engel. Même lorsque le singe savait qu'il fallait prêter attention à une zone particulière, si les neurones passaient à un état d'activité plus faible, le singe manquait fréquemment le changement de stimulus.

Engel a déclaré que cette découverte était peut-être familière à de nombreuses personnes. Parfois, vous pensez que vous faites attention, a-t-elle souligné, mais des choses vous manqueront toujours.

Les scientifiques ont déclaré que les résultats étaient également liés à des travaux antérieurs, qui ont révélé que les animaux et les humains plus alertes ont tendance à avoir des pupilles plus dilatées.

Dans le travail actuel, lorsque les cellules cérébrales passaient plus de temps dans un état actif, les pupilles du singe étaient également plus dilatées. Les résultats démontrent une interaction entre les oscillations synchrones dans le cerveau, l'attention portée à une tâche et les signes externes de vigilance.

«Il semble que les mécanismes qui sous-tendent l'attention et l'excitation sont assez interdépendants», a déclaré Moore.

La recherche amène de nouvelles questions.

Les enquêteurs disent qu'une enquête qui ressort de ce travail est de savoir pourquoi les neurones passent à un état d'activité plus faible lorsque nous sommes réveillés. Pourquoi ne pas simplement rester dans l'état le plus actif tout le temps?

Une réponse pourrait concerner l'énergie. «Il y a un coût métabolique associé au déclenchement permanent des neurones», a déclaré Boahen. Le cerveau utilise beaucoup d'énergie et peut-être en donnant aux cellules une chance de faire l'équivalent énergétique de s'asseoir permet au cerveau d'économiser de l'énergie.

De plus, lorsque les neurones sont très actifs, ils génèrent des sous-produits cellulaires qui peuvent endommager les cellules. Engel a souligné que les états de faible activité pourraient laisser le temps d'éliminer ces déchets neuronaux. «Ce document suggère des endroits où chercher ces réponses», a déclaré Engel.

Source: Université de Stanford