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Outil : « Cellules grand-mère » ou décharges synchrones de neurones ? «Cellules grand-mère» ou décharges synchrones de neurones?

À la recherche de la trace du temps perdu dans nos synapses

Une assemblée de neurones est un groupe de neurones qui entretiennent entre eux des connexions synaptiques renforcées, de sorte qu’ils ont plus de chance d’être actifs tous ensembles en même temps.

Les neurones des assemblées de neurones ne sont pas nécessairement tous voisins et peuvent être répartis dans différentes régions du cerveau. D’autre part, un même neurone peut participer à plusieurs assemblées et peut à tout moment être recruté par de nouvelles assemblées. Les assemblées de neurones ne sont donc pas stables mais dynamiques et pas nécessairement localisées mais souvent distribuées.

On connaît aussi d’autres propriétés des assemblées de neurones dont il faut tenir compte dans les modèles. On sait par exemple que si une partie seulement d’une assemblée de neurones se trouve activée, cette activation peut se propager dans l’ensemble du réseau si un certain seuil est franchi. De sorte que réussir à activer une partie seulement d’un souvenir peut amener l’assemblée neuronale au complet à s’activer et ainsi combler les trous de mémoire et retrouver l’ensemble de la représentation.

Le phénomène inverse, en quelque sorte, se produite aussi : des assemblées de neurones qui n’ont au départ rien à voir entre elles mais qui se mettent à être activées en même temps d’une façon répétée deviennent plus fortement connectées. Il s’agit en fait ici du principe fondamental de l’apprentissage au niveau cellulaire, mécanisme par lequel nous pouvons emmagasiner dans notre mémoire les régularités du monde, ce qui a évidemment une valeur adaptative certaine.


Plusieurs considérations plaident en faveur de l’assemblée de neurones comme étant le plus petit substrat d’une représentation mentale signifiante.

La mort de neurones isolés est un phénomène qui a cours quotidiennement dans le cerveau, mais la soudaine disparition d’un savoir survient seulement quand des régions cérébrales contenant de grandes quantités de neurones sont détruites.

La capacité du cerveau à emmagasiner de nouveaux apprentissages déclaratifs ou procéduraux n’a pas de limite définie. Comme il y a déjà énormément de neurones dans notre cerveau, la combinatoire de ces neurones en diverses assemblées qui peuvent avoir des éléments communs rend le nombre de représentations possibles lui aussi pratiquement infini.

Outil : L’apoptose, ou la mort cellulaire programmée Lien : Cell assemblies and phase-locked oscillations

LES ASSEMBLÉES DE NEURONES ET LA SYNCHRONISATION D'ACTIVITÉ

Comment une idée consciente vient-elle à notre esprit ? Et par quels mécanismes notre conscience passe-t-elle d’une idée à une autre ? Les modèles neurobiologiques de la conscience offrent des pistes de réponse intéressantes à ces questions vieilles comme le monde.

Il faut ici rappeler deux choses. D’abord que ces modèles se situent philosophiquement dans un cadre matérialiste. Ensuite que l'hypothèse générale de cette approche est qu’il existe des « corrélats neuronaux » de la conscience, autrement dit que tout changement dans nos états mentaux amène forcément un changement dans nos états neuronaux.

Concrètement, la plupart de ces modèles s’entendent sur le fait que tant nos perceptions que nos concepts plus abstraits correspondent à de vastes réseaux ou «assemblées de neurones» dont l’activité obéit à une dynamique complexe (voir encadré).

La plupart des modèles reconnaissent également que le cerveau traite à tout moment beaucoup plus d’information que celles dont nous sommes conscients. On n’a qu’à penser au système visuel et à la fausse impression que nous avons d’avoir conscience de toute la scène qui est devant nous alors que nous ne faisons l’expérience consciente que d’une faible proportion seulement de celle-ci.

Qu’est-ce qui nous permet alors de faire une différence entre la multitude de données traitées inconsciemment et l’unique contenu de conscience à un moment donné ? Il faut en effet rappeler qu’il ne peut y avoir qu’une seule chose à la fois dans notre conscience, même si celle-ci peut alterner très rapidement entre différents contenus.

En terme neuronal, notre question devient : quelle assemblée de neurones deviendra celle dont on peut associer l’activité à une pensée consciente à un moment donné ? Les différentes assemblées de neurones entrent donc d’une certaine façon en compétition pour passer dans la porte étroite de la conscience. Suffit-il alors de dire que ce sont les assemblées de neurones les plus actives qui formeront le contenu de notre conscience ?

Un problème de taille survient quand on essaie d’expliquer ainsi la différence entre le conscient et l’inconscient seulement en terme d’importance de l’activité neuronale. C’est que l’activité d’un neurone, qui s’exprime concrètement par la fréquence des influx nerveux émis par ce neurone, est déjà utilisée par le cerveau pour représenter l’intensité des stimuli (le fait qu’il y ait plus ou moins de lumière ou qu’un son soit plus ou moins fort, par exemple).

Il doit donc forcément y avoir un autre mécanisme par lequel on sélectionne un contenu conscient car la fréquence de l’influx nerveux ne peut pas à la fois indiquer l’intensité d’un stimulus et s’il est conscient ou non. Comment le cerveau ferait-il alors pour distinguer un stimulus intense mais inconscient (les paroles de la chanson qui joue très fort dans un bar mais auxquelles on ne porte pas attention) d’un stimulus moins intense mais conscient (les mots doux qu’on nous chuchote à l’oreille et auxquels nous sommes on ne peut plus attentif) ?

Il doit donc y avoir un autre mécanisme qui permette au cerveau d’intégrer à la fois l’importance objective d’un stimulus et de distinguer entre les représentations conscientes et inconscientes.

Ce mécanisme devra aussi rendre compte d’un autre problème qui n’en a pas l’air d’un lorsque l’on ignore comment se fait le traitement de l’information sensorielle dans notre cerveau, mais qui devient un véritable casse-tête quand on en tient compte. Cette difficulté découle du fait que notre cerveau traite en parallèle, grâce à de nombreux circuits spécialisés, différentes propriétés des objets perçus.

Prenons l’exemple d’une personne qui regarde un chapeau. Des aires visuelles distinctes, situées dans le cortex occipital, vont traiter en même temps différentes propriétés du chapeau.

Certaines vont être sensibles au contour du chapeau, d'autres à sa couleur, d'autres à sa forme, d'autres à sa texture, d'autres à sa localisation dans l'espace, etc. On voit déjà poindre le problème à l’horizon : comment le cerveau va-t-il s’y prendre pour intégrer toutes ces propriétés décodées à différents endroits et pour nous donner cette perception subjective d’un seul objet, en l’occurrence ici un chapeau ?

(d’après Engel et al, 1999)

Mais les choses peuvent être encore plus compliquées. Qu'arrive-t-il par exemple lorsque l'on voit une valise verte à côté d'un chapeau bleu par exemple ? Nos aires visuelles de la couleur enregistrent le bleu et le vert, celles de la forme un rectangle et une forme plutôt arrondie, celle de la position un objet à gauche et un objet à droite, etc. Mais où les caractéristiques d’un même objet sont-elles mises ensemble pour former la perception consciente et distincte que l’on a de chacun des deux objets, sans en mélanger les caractéristiques ? Voilà qui pose problème. Un problème de liaison ou, selon l’expression anglaise consacrée, un «binding problem».

Ce problème de liaison des différentes propriétés d’un objet en une seule perception consciente et cohérente est intimement lié au phénomène nous permettant de sélectionner quelles assemblées de neurones quittent l’inconscient pour accéder à la conscience.

Parmi les propositions s’adressant à ces deux problèmes, la synchronisation des oscillations neuronales est certainement l’un des mécanismes les plus débattus. D’autres sont allés encore plus loin en ajoutant un deuxième système de synchronisation temporelle au premier.

Peut-on associer les phénomènes conscients avec l’activité d’un type de neurone particulier ? Bien entendu, cela ne peut pas être aussi simple. Toutefois, des chercheurs pensent que certains types de neurones particuliers pourraient y jouer un rôle non négligeable. C’est le cas des grandes cellules nerveuses allongées en forme de fuseau appelées VEN.

Les neurones VEN, nommés d’après les initiales de C. von Economo qui les a le premier décrits en 1925, sont des neurones bipolaires situés exclusivement dans la couche V du cortex cingulaire antérieur et de l’insula.

De plus, ces neurones ne se retrouvent que chez les grands singes et chez l’être humain. Et comme par hasard, c’est l’humain qui, de loin, en a le plus. Ceci suggère que ces neurones sont apparus bien tardivement à l’échelle de l’évolution, il y a quelque chose comme 15 millions d’années.

Leur relative jeunesse du point de vue évolutif ainsi que leur localisation dans des régions du lobe frontal impliquées dans nos fonctions cognitives supérieures en ont fait un point d’intérêt de certains modèles neurobiologiques de la conscience. Leur morphologie et leur localisation suggèrent en effet que ces neurones reçoivent un large éventail de stimuli qu’ils pourraient intégrer et traiter très rapidement.

Lien : Von Economo Neurons, Intuition, and Phylogeny Lien : Brain cells and arrangements unique to human cerebral cortex Lien : Spindle Neurons and Frontotemporal Dementia Lien : DENDRITIC ARCHITECTURE OF THE VON ECONOMO NEURONS
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