C'est ainsi que votre cerveau prédit les événements futurs
Les cerveaux apprennent à anticiper les événements futurs à partir de modèles. Ce processus est appelé «timing d'anticipation», et il nous permet d'interagir avec succès avec le monde qui nous entoure. Comment ça marche?
Le timing anticipé est en partie ce qui nous permet de prendre les décisions les plus appropriées dans un monde très dynamique.
Mais sur quoi repose ce processus?
Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley explique qu'en anticipant un événement, le cerveau humain compte sur deux systèmes distincts.
«Qu'il s'agisse de sports, de musique, de discours ou même d'attribution d'attention, notre étude suggère que le timing n'est pas un processus unifié, mais qu'il existe deux manières distinctes de faire des prédictions temporelles et celles-ci dépendent de différentes parties du cerveau», explique le lead auteur de l'étude Assaf Breska, chercheur postdoctoral en neurosciences.
«Ensemble», déclare l'auteur principal de l'étude, le professeur Richard Ivry, «ces systèmes cérébraux nous permettent non seulement d'exister dans le moment présent, mais aussi d'anticiper activement l'avenir.
Selon les chercheurs, un système nous permet d'anticiper les événements futurs en fonction de nos expériences passées, tandis qu'un autre système est basé sur l'identification de modèles rythmiques.
Mais comment fonctionnent ces deux systèmes? Est-ce qu'ils «interviennent» à des moments différents, selon le contexte auquel nous devons répondre?
Selon les auteurs de l'étude, répondre à cette question pourrait également nous aider à mieux comprendre comment le cerveau fonctionne dans différentes conditions neurodégénératives.
À son tour, cela permettrait aux spécialistes de trouver de meilleures stratégies pour prendre soin des personnes vivant avec une telle maladie.
Les régions du cerveau chargées de «chronométrer»
Dans l'étude récente - dont les résultats apparaissent maintenant dans la revue PNAS - les scientifiques ont travaillé avec des personnes atteintes de la maladie de Parkinson ou de dégénérescence cérébelleuse.
Ces deux conditions sont caractérisées par des problèmes de coordination et d'équilibre, bien qu'elles semblent affecter différentes régions du cerveau.
Alors que la maladie de Parkinson affecte les voies neuronales dans les noyaux gris centraux, qui sont une région profondément ancrée dans le cortex cérébral, dans la dégénérescence cérébelleuse, ce sont les cellules nerveuses du cervelet qui meurent progressivement.
Les chercheurs ont comparé les façons dont les personnes atteintes de chaque condition utilisaient des indices temporels pour répondre à différents tests.
Tous les participants à l'étude ont répondu à deux séquences différentes de carrés colorés clignotant sur un écran d'ordinateur. Dans le premier exercice, les carrés colorés se succédaient à un rythme régulier et rythmé.
Dans le deuxième exercice, les carrés de couleur se sont succédés selon un schéma différent qui ne suivait pas le même rythme régulier.
Au cours de ces tests, les chercheurs ont observé que les participants atteints de la maladie de Parkinson avaient tendance à obtenir de meilleurs résultats lors de l’exercice à motifs complexes, tandis que ceux atteints de dégénérescence cérébelleuse répondaient mieux au test de succession rythmique.
«Nous montrons que les patients atteints de dégénérescence cérébelleuse sont incapables d’utiliser des signaux temporels non rythmiques, tandis que les patients atteints de dégénérescence des noyaux gris centraux associée à la maladie de Parkinson sont incapables d’utiliser des signaux rythmiques», explique le professeur Ivry.
Ces résultats ont permis à l'équipe d'identifier quelles zones cérébrales étaient liées à quel système de chronométrage d'anticipation. Les auteurs ont conclu que la synchronisation rythmique correspond aux noyaux gris centraux, tandis que la synchronisation des intervalles - basée sur des souvenirs d'expériences antérieures - correspond au cervelet.
Implications cliniques
Fait important, les chercheurs ajoutent que cela remet en question les théories précédentes suggérant que le timing d'anticipation est le résultat d'un système monolithique.
«Nos résultats suggèrent au moins deux manières différentes dont le cerveau a évolué pour anticiper l'avenir», explique Breska.
«Un système basé sur le rythme est sensible aux événements périodiques du monde tels que ceux inhérents à la parole et à la musique. Et un système d'intervalle offre une capacité d'anticipation plus générale, sensible aux régularités temporelles même en l'absence de signal rythmique.
Assaf Breska
De plus, ajoutent les auteurs, l'étude suggère que si l'un de ces deux systèmes cesse de fonctionner correctement, le cerveau peut en fait être en mesure de compter sur l'autre pour le timing d'anticipation. Cela peut avoir des implications importantes sur la façon dont les spécialistes gèrent les soins des personnes atteintes de la maladie de Parkinson ou de dégénérescence cérébelleuse.
«Notre étude identifie non seulement les contextes d'anticipation dans lesquels ces patients neurologiques sont altérés, mais aussi les contextes dans lesquels ils n'ont aucune difficulté, suggérant que nous pourrions modifier leurs environnements pour leur faciliter l'interaction avec le monde face à leurs symptômes. », Note Breska.
Les chercheurs pensent que certaines façons d'aider les gens à faire face aux dommages causés à l'un des deux systèmes de «chronométrage» du cerveau pourraient inclure des applications et des jeux informatiques conçus pour entraîner le cerveau, ainsi que des techniques de stimulation cérébrale profonde.
