2011

Comprendre le cerveau du corps en mouvement - Une recherche internationale en neurosciences vérifie les bases théoriques de l’intégration multi sensorielle

Quels comportements le cerveau adopte-t-il lorsqu’il se confronte au monde ? Si les expériences, mesures et simulations de toutes sortes fleurissent, qu’est-il possible d’en retirer sur le plan du savoir scientifique ? A l’Université de Genève (UNIGE), le professeur Alexandre Pouget postule l’incertitude universelle du monde et recourt à la mathématique pour définir une théorie neuroscientifique de l’intégration multi sensorielle. Une étude internationale à laquelle il a participé renforce une hypothèse qu’il soutient : le cerveau raisonne de façon probabiliste.

Les neurosciences sont jeunes. Il y a trente ans à peine qu’elles prenaient leur essor, sous l’impulsion du développement de nouvelles technologies rendant possible l’exploration d’un organe crucial : le cerveau. Dans cet engouement pour la mise à nu des coulisses cérébrales, la fascination pour les images a pris la part belle au niveau de la communication et de la vulgarisation scientifiques. Ce que l’on dit moins, c’est que la recherche fondamentale, comme dans les autres disciplines, n’a pas cessé de chercher à théoriser les constantes qui régissent l’activité neuronale, en mettant à l’épreuve des hypothèses issues de l’expérimentation, puis en dégageant les grands principes et règles qui serviront l’élaboration d’un référentiel commun aux neuroscientifiques, en un mot, d’une théorie. Dans cette perspective exigeante, le laboratoire d’Alexandre Pouget, professeur à la Faculté de médecine de l’UNIGE, cherche à représenter, via les neurosciences computationnelles, la manière dont le cerveau traite l’information, multiple et variée, qu’il reçoit.

Le cerveau, ce probabiliste
Quels comportements cet organe adopte-t-il lorsqu’il se confronte au monde ? Si les expériences, mesures et simulations de toutes sortes fleurissent, qu’est-il possible d’en retirer sur le plan du savoir scientifique ? Les membres du groupe Pouget postulent l’incertitude universelle du monde et recourent à la mathématique. Si nous vivons dans un monde incertain, quelles informations le cerveau peut-il en extraire et quel en serait le degré de fiabilité ? Alexandre Pouget donne un exemple analogique pour faire comprendre ce qui, selon les derniers résultats de recherches menées par une équipe internationale sur des primates, recherches auxquelles il a pris part, représente le mode général d’appréhension du monde par le cerveau : sachant que la crevasse qu’elle va devoir enjamber ne lui apparaît que sous un angle unique, subjectif, illusions des sens oblige, et incertain, comment une personne arpentant un glacier va-t-elle accomplir le pas décisif qui aboutira ou non à la traversée de la faille ? En recourant au calcul de probabilités. En 2006 déjà, Alexandre Pouget avait contribué à la formulation de cette hypothèse : « Le cerveau fait des raisonnements probabilistes ».

Traduire le cerveau du corps en mouvement
Afin d’infirmer ou de confirmer une telle prémisse, le chercheur prend part à différents travaux, dont, dernièrement, à une recherche internationale qui s’est penchée sur le problème de l’intégration multi sensorielle. Comme son nom l’indique, l’intégration multi sensorielle est un phénomène où plusieurs systèmes sensoriels sont impliqués pour délivrer des signaux au cerveau ; cette étude américano-suisse dernièrement parue dans Nature Neuroscience, montre comment le cerveau agence des informations provenant de deux sources, visuelle et vestibulaire, cette dernière étant responsable du sens de l’équilibre, pour déterminer la direction du mouvement du corps dans l’espace.

Les singes avaient été placés dans un chariot, une première fois mobile et dans le noir complet, une seconde fois immobile et placé face à un film donnant l’illusion du déplacement, enfin, lors d’un troisième volet, dans un chariot mobile et posé face au même film. Lors des trois mises en situation, il était demandé aux protagonistes de déterminer si leur corps se déplaçait vers la droite ou vers la gauche.

Alexandre Pouget et ses collaborateurs ont aussi manipulé la fiabilité de l’information visuelle, pour tester plus directement si l’information est encodée dans le cerveau sous forme de probabilités. Cette manipulation est essentielle, car elle a permis de déterminer comment les deux entrées sensorielles sont pondérées. Intuitivement, lorsque l’information visuelle est peu fiable, ce qui est le cas dans la pénombre, il vaut mieux ignorer cette modalité sensorielle et se concentrer sur l’information vestibulaire. En revanche, si l’information visuelle est extrêmement fiable, la meilleure stratégie consiste à moyenner l’information visuelle et vestibulaire, c'est-à-dire, à assigner des poids similaires aux deux sources. Ces expériences ont révélé que c’est précisément ce que fait le cerveau du singe : le système nerveux change la pondération des modalités en fonction de leurs fiabilités.

Théoriquement, il est désormais permis de concevoir que l’information que les sens fournissent au cerveau est distribuée sous forme de probabilités, en l’occurrence, pour la détermination du mouvement du corps dans l’espace.

Beaucoup de bruit très utile
En marge, les experts sont parvenus à une conclusion tout aussi intéressante portant sur le « bruit » cérébral, un phénomène dont la valeur avait jusqu’ici été mal ou mésestimée. Les impulsions électriques que les neuroscientifiques captent, au moyen d’électrodes notamment, et qui sont utilisées pour la communication neuronale, connaissent en effet une grande variabilité, qui vient parasiter les mesures et les brouiller, comme un bruit. Or, celui-ci a été compris pour la première fois par les chercheurs comme un code qui permet au cerveau de s’informer en intégrant l’incertitude, ce paramètre constitutif du monde environnant.

Contact: prof. Alexandre Pouget, tél. +41 22 379 46 99

13 décembre 2011
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