Le cerveau classe lui-même ce qu’il doit mémoriser !

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Jusqu’à ces deux études séparées et publiées dans les PNAS il y a quelques jours (voir les liens), on croyait la capacité de mémorisation du cerveau humain illimitée ou presque sans qu’on n’aie jamais pu prouver cet a priori. On a en effet coutume de considérer qu’on est loin, très loin, d’utiliser la totalité des potentialités de notre cerveau et que par conséquent un meilleur apprentissage de nos capacités de mémorisation pourrait éventuellement décupler notre aptitude à emmagasiner des informations variées, utiles ou non. Or ces deux études montrent clairement qu’il n’en est rien et que le cerveau se comporte sans que l’on en soit conscient comme le disque dur d’un ordinateur. Comparer le cerveau à un disque dur d’ordinateur n’est peut-être pas vraiment adapté mais au moins cela permet d’expliquer comment les choses se passent dans la réalité selon ces deux études. Quand on a atteint les limites de stockage d’un disque dur on décide d’éliminer les fichiers qui ne sont plus que rarement utilisés pour libérer de l’espace de mémoire. Cette opération est faite délibérément. Le cerveau fait un peu la même chose mais ce processus est totalement inconscient et c’est ce qu’ont montré ces deux études.

Dans la première approche, 55 participants ont été soumis à un exercice de perception visuelle durant lequel ils voyaient défiler pendant moins d’une seconde des images montrant simultanément 4 photos. Quatre visages identiques, ou deux visages et deux paysages, ou encore 4 objets identiques ou deux objets et deux visages, tout en suivant l’activité cérébrale par imagerie fonctionnelle par résonance magnétique nucléaire (fMRI). Immédiatement après avoir visionné ces images, on demandait aux participants, toujours en cours d’examen par fMRI, de nommer les images ou les photos dont ils se souvenaient, c’est-à-dire celles que le cerveau avait mémorisé pendant l’exercice. La perception visuelle est traitée par le cortex visuel situé à l’arrière du cerveau dans le la région occipitale. Les informations sont stockées dans une autre partie du cerveau appelée le cortex occipito-temporal et dans des régions discrètes de ce dernier et séparées les unes des autres selon qu’il s’agit de photos de visages, de maisons, d’objets ou de paysages, c’est ce qu’a montré la fMRI. L’activation de ces différentes zones de mémorisation dépend selon cette étude de la nature des images soumises aux sujets en cours d’étude. La mémorisation des visages est par exemple systématiquement plus efficace si sur une image il y a deux visages et deux paysages en comparaison d’une autre image avec seulement quatre visages. Le cortex visuel effectue donc un tri et envoie pour mémorisation une partie des informations que lui a envoyé la rétine. Toujours par fMRI, l’équipe de chercheurs de l’Université d’Harvard a ainsi montré que le cerveau effectuait de lui-même un classement des informations selon leur importance et les stockait dans des zones du cerveau différentes les unes des autres. En quelque sorte, le cerveau s’arrange pour qu’il n’y ait pas « d’embouteillage » au niveau des circuits neuronaux reliant ces zones du cortex relativement éloignées les unes des autres en effectuant une sorte de tri totalement indépendant de notre volonté.

Dans une autre étude effectuée cette fois à l’Université du Texas à Austin, l’approche était différente car la stimulation visuelle consistait à montrer des séries de 3 photos, des objets, des paysages ou des visages et demander aux participants, après les deux premières photos, quel était leur supposition quant à la nature de la photo suivante, par exemple un visage, après deux visages ou un objet après deux objets. Et parfois on montrait alors au sujet un paysage alors qu’il aurait souhaité voir un visage. Le but du test était de faire en sorte que chaque sujet se soumette en réalité à un classement des photos qu’on lui montrait, le visage d’un homme ou d’une femme, ou encore une scène prise à l’extérieur ou à l’intérieur d’une maison. Dix minutes après avoir visionné ces groupes de 3 images successives, 144 illustrations au total soit 48 séries de trois photos, on soumettait les participants à l’étude à un test surprise en leur montrant à nouveau toutes les images qu’ils avaient visionné précédemment dans un certain ordre mais en introduisant au hasard dans la série 48 autres images qu’ils n’avaient jamais vu. On demandait alors à chaque sujet au cours de cette deuxième partie du test d’identifier les images dont ils se souvenaient et celles qu’ils n’avaient encore jamais vu en essayant simultanément d’établir une note concernant le degré de certitude de leur réponse. Il faut se souvenir pour bien comprendre la signification du second test que lors de la première partie de l’investigation les séries de trois images étaient ordonnées pour que les sujets de l’étude anticipent la nature de la troisième image qu’il leur était donnée de voir au cours du test. Comme on pouvait s’y attendre un peu, au cours du second test surprise les divers sujets soumis à l’étude arrivaient beaucoup moins bien à se souvenir des deux images qu’ils avaient déjà vu quand la troisième image était hors contexte, donc jamais vue auparavant.

Les chercheurs en ont déduit que le cerveau est loin de tout mémoriser de manière identique et effectue donc un classement suivant un certain ordre de priorité. Ce classement a également pour but d’alléger les interconnexions entre les zones du cortex cérébral et d’éviter ainsi un encombrement préjudiciable à la bonne qualité du processus de mémorisation mais également de mettre « à la corbeille » des informations jugées, de manière totalement inconsciente, « inutiles » afin de préserver un espace de mémorisation suffisant. Peut-être un début d’explication de l’oubli involontaire que l’on peut parfois constater et qui n’a rien à voir avec la perte de mémoire.

Aussi incroyable que cela puisse paraître, le cerveau gère donc automatiquement et inconsciemment le processus de mémorisation. Pour en revenir à la comparaison avec un ordinateur, ce serait un peu comme si on disait à ce dernier de trier tous les e-mails reçus dans la boite de courrier électronique automatiquement sans qu’on intervienne directement et de mettre à la corbeille tous les messages que l’ordinateur classerait de lui-même comme indésirables, la corbeille se vidant également automatiquement. Le cerveau est donc bien une incroyable machine à traiter les informations avec ses propres critères dont on est totalement inconscient !

Liens : http://www.pnas.org/content/early/2014/05/29/1317860111 et http://www.pnas.org/content/early/2014/05/29/1319438111 , illustration tirée de The Times. Les liens permettent d’accéder à une partie des articles.

Mécanisme du souvenir des rêves

Chaque jour je cherche un nouveau sujet sur lequel disserter, ça occupe mes journées de retraité et de surcroit cette quête m’oblige parfois à me documenter si je ne maîtrise pas le sujet qui m’intéresse car il est hors de question d’écrire un papier sur mon blog qui ne soit pas étayé le mieux que faire se peut par diverses recherches exclusivement sur Internet car je n’ai aucun ouvrage à portée de la main. Mon bureau est un pièce vide avec une table, une chaise et mon petit MacBook Air, un point c’est tout. Aucun livre, aucune carte ou photographie sur les murs, presque une cellule monastique. Mais il m’arrive de rêver la nuit d’autant plus qu’avec l’âge avançant, le sommeil ne s’invite pas aussi vite qu’on le voudrait, et la semi-inconscience m’est parfois propice pour repenser à un article ou une dépêche d’agence de presse qui pourrait intéresser mes lecteurs. Le matin, je trouve facilement des solutions aux mots-croisés qui m’ont préoccupé durant la journée précédente, un peu comme un mathématicien arrive à résoudre un problème ardu qu’il avait abandonné avant d’aller se coucher et de toute évidence le cerveau continue à fonctionner exactement comme quand on laisse à un ordinateur la tâche de terminer un long calcul faisant appel à toutes les capacités de la machine.

Une question qui a toujours préoccupé l’humanité est l’utilité des rêves et cette question n’a pour le moment pas trouvé que réponse satisfaisante. On sait pourquoi on doit dormir au moins un tiers de notre temps car notre organisme a tout simplement besoin de repos mais pour le cerveau il n’en est pas tout à fait de même puisque justement on rêve et il arrive qu’on se souvienne de ces rêves. Cette capacité à se souvenir des rêves n’est pas, disons, donnée à tout le monde. Pour que le cerveau « imprime » ces souvenirs il faut être éveillé, et cette simple observation est contradictoire puisqu’on ne rêve pas les yeux ouverts, encore que beaucoup de politiciens souffrent de cette étrange maladie …

Pour en avoir le cœur net une équipe de neurobiologistes de l’Université de Lyon dirigée par le Docteur Perrine Ruby a trouvé une quarantaine de volontaires qui ont bien voulu se soumettre à une imagerie fonctionnelle par émission de positons. La technique consiste en général à perfuser au sujet un analogue du glucose marqué avec du fluor 18 radioactif alors qu’il est positionné dans le détecteur ressemblant à un scanner classique. Le fluor 18 émet un rayonnement beta + (positon) et en rencontrant un électron chargé négativement les deux s’annihilent pour produire deux photons gamma qui sont alors détectés à l’aide d’un appareillage comprenant un photomultiplicateur en forme d’anneau et l’informatique fait le reste en restituant une image de la zone du cortex cérébral active. Puisque les deux photons (rayons gamma) sont émis simultanément dans deux directions opposées, l’appareillage ne détecte que les paires de photons qui coïncident parfaitement sinon on ne pourrait rien voir en raison du rayonnement cosmique ou tout simplement des rayons gamma du béton du bâtiment qui contient du calcium émettant lui-même des rayons gamma sans parler du radium et de bien d’autres isotopes radioactifs dans lesquels on nage littéralement en permanence.

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Après un questionnaire précis selon un protocole défini, les volontaires ont été classés en deux groupes, ceux qui se souviennent d’au moins 5 de leurs rêves par semaine et ceux qui arrivent péniblement à se souvenir de deux rêves par mois tout au plus. L’étude a ainsi permis de localiser les zones du cerveau impliquées dans ce souvenir des rêves qui sont également connues pour être aussi impliquées dans l’orientation de l’attention à des stimuli externes. Il s’agit de deux zones discrètes du cortex préfrontal médian, en gros au milieu du front, et de la jonction temporo-pariétale située au bout de la fissure de Sylvian telle que le montre l’illustration (source INSERM). Cette dernière zone particulière du cortex prend en charge les stimuli externes comme les bruits et l’ « impression » des rêves dans la mémoire est probablement liée à un bref état de semi-inconscience induit par un stimulus externe. Sur l’image, la fissure de Sylvian part du cortex frontal et se termine vers cette zone active matérialisée en jaune-orange. Quant au cortex préfrontal médian qui est « allumé » chez les sujets ayant tendance à se souvenir de leurs rêves il est impliqué dans la consolidation de la mémoire. Tout se tient donc et comme le dit Perrine Ruby à peu près en ces termes « ça explique pourquoi les sujets qui se souviennent bien de leurs rêves sont aussi plus réactifs aux stimuli externes, se réveillent souvent durant leur sommeil, et « impriment » mieux leurs rêves que les autres. Le cerveau endormi est incapable de mémoriser de nouvelles informations et on a besoin d’être éveillé pour ce faire ». L’étude ne dit cependant pas combien de rêves différents on est capable de produire pendant une nuit de sommeil, c’est encore une grande inconnue.

Weekend magazine cover 29 June 2013 Tom Shone article

Source : INSERM press room, illustrations INSERM et The Guardian