18 décembre 2012
L'une des caractéristiques uniques de l'esprit humain est sa capacité à redéfinir les priorités de ses objectifs et de ses priorités lorsque la situation change et que de nouvelles informations apparaissent. Cela se produit lorsque vous annulez une croisière prévue parce que vous avez besoin d’argent pour réparer votre voiture en panne, ou lorsque vous interrompez votre jogging matinal parce que votre téléphone portable sonne dans votre poche.
Dans un nouvelle étude publié au Actes de l'Académie nationale des sciences (PNAS), des chercheurs de l’Université de Princeton déclarent avoir découvert les mécanismes qui contrôlent la façon dont notre cerveau utilise de nouvelles informations pour modifier nos priorités existantes.
L’équipe de chercheurs de l’Institut de neurosciences de Princeton (PNI) utilisé l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour numériser des sujets et déterminer où et comment le cerveau humain redéfinit les objectifs. Sans surprise, ils ont constaté que le déplacement des objectifs avait lieu dans le cortex préfrontal, une région du cerveau connue pour être associée à une variété de comportements de niveau supérieur. Ils ont également observé que le puissant neurotransmetteur dopamine - également appelé «substance chimique du plaisir» - semble jouer un rôle crucial dans ce processus.
En utilisant une impulsion magnétique inoffensive, les scientifiques ont interrompu l'activité dans le cortex préfrontal des participants pendant qu'ils jouaient et ont constaté qu'ils étaient incapables de passer à une autre tâche du jeu.
«Nous avons trouvé un mécanisme fondamental qui aide le cerveau à se concentrer sur une tâche et à passer ensuite à une autre de manière flexible», a expliqué Jonathan Cohen, co-directeur de PNI et des professeurs Robert Bendheim et Lynn Bendheim Thoman en neuroscience de l’université.
"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."
Des recherches antérieures avaient déjà démontré que, lorsque le cerveau utilise de nouvelles informations pour modifier ses objectifs ou ses comportements, ces informations sont temporairement archivées dans la mémoire de travail du cerveau, un type de stockage en mémoire à court terme. Jusqu'à présent, toutefois, les scientifiques n'avaient pas compris les mécanismes contrôlant la mise à jour de ces informations.
UTILISER DES JEUX POUR LA PRISE DE DÉCISIONS
En collaboration avec l'auteur principal de l'étude Kimberlee D'Ardenne de Virginia Tech et de ses collègues Neir Eshel, Joseph Luka, Agatha Lenartowicz et Leight Nystrom, Cohen et son équipe ont mis au point une étude leur permettant de scanner le cerveau de leurs sujets pendant qu’ils jouent. Le jeu a obligé les participants à appuyer sur des boutons spécifiques en fonction de différents indices visuels. Si on leur montrait la lettre A avant la lettre X, il leur était demandé d'appuyer sur un bouton intitulé «1». Cependant, s’ils voyaient la lettre B avant le X, ils devaient appuyer sur un bouton intitulé «2».
Cependant, dans une version antérieure de la tâche, il était d'abord demandé aux participants d'appuyer sur le bouton 1 lorsqu'ils voyaient X, quelles que soient les lettres qui le précédaient. Ainsi, la règle A et B qui a été introduite lors du deuxième tour constituait la «nouvelle information» que le participant devait utiliser afin de mettre à jour son objectif consistant à décider sur quel bouton appuyer.
Après avoir examiné l'IRMf, les chercheurs ont constaté une augmentation de l'activité du cortex préfrontal droit lorsque les participants remplissaient la tâche plus complexe prendre une décision entre deux boutons basés sur les repères visuels A et B. Cela n’a cependant pas été le cas pour la version plus simple de la tâche.
Les résultats de Cohen corroborent les conclusions de son propre projet de recherche de 2010, qui utilisait une méthode de balayage différente pour mesurer la synchronisation de l'activité cérébrale.
Dans la présente étude, l’équipe de recherche a également transmis de courtes impulsions magnétiques au cortex préfrontal afin de confirmer qu’il s’agissait bien de la région du cerveau impliquée dans la mise à jour de la mémoire de travail. Les scientifiques ont basé l'impulsion magnétique au moment précis où ils croyaient que le cortex préfrontal droit devrait mettre à jour la mémoire. Ils ont constaté que s'ils délivraient le pouls exactement 0.15 quelques secondes après que les participants aient vu les lettres A ou B, ils ne pouvaient pas appuyer sur le bon bouton. Ils ont ainsi pu utiliser l'impulsion magnétique pour perturber le processus de mise à jour de la mémoire.
"Nous avions prédit que si le pouls était délivré 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 telles que révélées par l'EEG, le sujet ne conserverait pas les informations concernant A et B, interférant avec sa performance sur la tâche d'appuyer sur le bouton ", a expliqué Cohen.
DOPAMINE, GARDIEN DE NOTRE MÉMOIRE DE TRAVAIL
Dans la dernière partie de l'expérience, l'équipe de Cohen a voulu tester sa théorie selon laquelle le neurotransmetteur dopamine est responsable du marquage de nouvelles informations et est important pour la mise à jour de la mémoire de travail et des objectifs lorsqu'il pénètre dans le cortex préfrontal. La dopamine est un produit chimique d'origine naturelle qui joue un rôle clé dans de nombreux processus mentaux, tels que ceux qui impliquent motivation et récompense.
Pour ce faire, l'équipe a de nouveau utilisé l'IRMf pour numériser une région appelée cerveau moyen, densément peuplée de cellules nerveuses spécialisées, appelées noyaux dopaminergiques, responsables de la production de la plupart des signaux dopaminergiques du cerveau. Les chercheurs ont suivi l'activité de ces cellules nerveuses émettrices de dopamine pendant que les participants effectuaient les tâches et avaient trouvé une corrélation significative entre l'activité cérébrale dans ces zones et dans le cortex préfrontal droit.
«Ce qui est remarquable, c’est que les signaux dopaminergiques soient en corrélation à la fois avec le comportement de nos volontaires et leur activité cérébrale dans le cortex préfrontal», a expliqué 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."
Le professeur David Badre de l'Université Brown, spécialiste des sciences cognitives, linguistiques et psychologiques, estime que les travaux de l'équipe de Cohen représentent un grand pas en avant dans la tentative de la science de comprendre comment notre cerveau met à jour sa mémoire de travail.
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