La science pourrait être un pas de plus vers la compréhension de l’emplacement de la conscience dans le cerveau. Une nouvelle étude montre l’importance de certains types de connexions neuronales dans l’identification de la conscience.
Importance de la bidirectionnalité pour la conscience : Il a été suggéré que la partie du réseau cérébral soutenant les régions cérébrales de la conscience devrait être connectée de manière bidirectionnelle car les processus d’anticipation et de rétroaction sont nécessaires à l’expérience consciente. Par exemple, des études antérieures examinant la perception visuelle ont montré que la perception consciente ne survient pas lorsqu’il n’y a qu’un traitement par anticipation, alors qu’elle survient lorsqu’il y a une rétroaction, ainsi qu’un traitement par anticipation. Crédit image : Jun Kitazono / Université de Tokyo
La recherche, publiée dans Cortex cérébralétait dirigée par Jun Kitazono, auteur correspondant et chercheur du projet au Département d’études générales des systèmes de l’Université de Tokyo.
« Où réside la conscience dans le cerveau a été l’une des plus grandes questions scientifiques », a déclaré le professeur agrégé Masafumi Oizumi, auteur correspondant et chef du laboratoire menant l’étude. « Bien que nous ne soyons pas parvenus à une réponse concluante, de nombreuses preuves empiriques ont été accumulées au cours de la recherche des mécanismes minimaux suffisants pour une expérience consciente, ou des corrélats neuronaux de la conscience. »
Pour cette étude, l’équipe a franchi une étape vers l’identification des sous-réseaux minimalement suffisants dans le cerveau qui soutiennent l’expérience consciente.
Pour identifier les zones du cerveau où réside la conscience, les chercheurs ont recherché une caractéristique spécifique de la conscience dans les réseaux neuronaux du cerveau : les voies bidirectionnelles. Notre cerveau absorbe des informations lorsque nous voyons quelque chose ou ressentons une sensation. C’est ce qu’on appelle un signal d’anticipation, mais recevoir de tels signaux d’anticipation n’est pas suffisant pour la conscience. Notre cerveau a également besoin de renvoyer des informations, dans ce qu’on appelle le feedback. Toutes les parties du cerveau ne peuvent pas à la fois recevoir des informations en retour et en retour. Les chercheurs ont émis l’hypothèse que ces connexions bidirectionnelles sont une caractéristique essentielle des parties du cerveau responsables de la conscience.
« Le traitement par anticipation seul est insuffisant pour que les sujets perçoivent consciemment les stimuli ; une rétroaction est également nécessaire, indiquant la nécessité d’un traitement bidirectionnel. La composante de rétroaction disparaît non seulement lors de la perte de contenus spécifiques de la conscience dans les états éveillés, mais également lors des états inconscients où les expériences conscientes sont généralement perdues, telles que l’anesthésie générale, le sommeil et les états végétatifs », a déclaré Kitazono. Il a également expliqué que peu importe que vous regardiez un humain, un singe, une souris, un oiseau ou une mouche ; la bidirectionnalité des traitements reste essentielle.
Les chercheurs ont utilisé un connectome de souris et des techniques informatiques pour tester leur idée. Un connectome est une carte détaillée des connexions dans le cerveau. Tout d’abord, ils ont développé un algorithme efficace pour extraire les parties du cerveau avec de fortes connexions bidirectionnelles, appelées complexes. Ensuite, ils ont appliqué l’algorithme au connectome de la souris.
Schéma d’extraction des parties de réseau à fortes connexions bidirectionnelles à l’aide de l’algorithme proposé. L’algorithme proposé peut décomposer l’ensemble du réseau de manière hiérarchique, en la partie du réseau avec les connexions bidirectionnelles les plus fortes, la partie avec la deuxième plus forte, et ainsi de suite. Crédit image : Jun Kitazono / Université de Tokyo
« Nous avons constaté que les complexes extraits avec le plus de bidirectionnalité n’étaient pas uniformément répartis entre toutes les grandes régions, mais plutôt concentrés dans les régions corticales et thalamiques », a déclaré Kitazono. « En revanche, les régions des autres grandes régions ont une faible bidirectionnalité. En particulier, les régions du cervelet ont une bidirectionnalité beaucoup plus faible.
Ces découvertes correspondent à l’endroit où les scientifiques pensent depuis longtemps que la conscience réside dans le cerveau. Le cortex cérébral, situé à la surface du cerveau, contient des zones sensorielles, motrices et associatives considérées comme essentielles à l’expérience de la conscience. Le thalamus, situé au milieu du cerveau, a également été pensé pour être lié à la conscience, et en particulier, l’interaction entre le thalamus et les régions corticales, appelée boucle thalamo-corticale, est considérée comme importante pour la conscience. Ces résultats soutiennent l’idée que la bidirectionnalité dans le réseau cérébral est une clé pour identifier la place de la conscience.
Les chercheurs ont souligné qu’ils travaillaient toujours à identifier le lieu de la conscience.
« Cette étude se concentre uniquement sur les connexions anatomiques « statiques » entre les neurones ou les zones cérébrales. Cependant, la conscience est «dynamique», changeant d’instant en instant en fonction de l’activité neuronale », a déclaré Oizumi. « Bien que les connexions anatomiques nous disent comment l’activité neuronale se propagerait et comment les zones cérébrales interagiraient, nous devons enquêter directement sur la dynamique de l’activité neuronale pour identifier le lieu de la conscience à un moment donné. »
Une théorie mathématique de la conscience : Les neurosciences conventionnelles ont étudié la relation entre le type d’activité cérébrale r qui se produit en réponse à un stimulus externe s (par exemple, l’image d’une pomme). Si nous écrivons cette relation en utilisant la fonction f comme r=f(s), nous pouvons dire que la clarification de la fonction f est la principale recherche des neurosciences conventionnelles. Ces recherches ont révélé beaucoup de choses sur le mécanisme de traitement de l’information : comment le cerveau traite les informations provenant de stimuli externes. D’autre part, notre cerveau traite non seulement les informations du monde extérieur, mais produit également l’expérience subjective de « voir une pomme ». Le but ultime du laboratoire Oizumi est de comprendre théoriquement l’expérience subjective et la conscience produites par le cerveau : c’est-à-dire de clarifier la fonction g qui relie l’activité cérébrale r et la conscience C, où C est la conscience produite à partir de l’activité cérébrale r (C =g(r)). Crédit image : Masafumi Oizumi / Université de Tokyo
Dans une prochaine étape, il a déclaré que l’équipe analyse actuellement les réseaux cérébraux basés sur l’activité dans divers types d’enregistrements neuronaux.
« Le but ultime de notre laboratoire est de trouver la relation mathématique entre la conscience et le cerveau », a déclaré Oizumi. « Dans cette étude, nous avons tenté de relier les propriétés du réseau du cerveau à la place de la conscience. Nous étudierons plus avant la relation entre la conscience et le cerveau, vers ce qui est notre objectif ultime.
La source: Université de Tokyo
