Comment les bébés perçoivent-ils le monde ?

Heather Kosakowski tient un bébé qui est sur le point d'être scanné dans une machine IRMf au McGovern Institute for Brain Research. CAITLIN CUNNINGHAM

C'est la troisième fois qu'Ursula passe dans l'appareil IRM fonctionnel. Heather Kosakowski, doctorante en neurosciences cognitives, espère obtenir seulement deux précieuses minutes de données de sa session. Même si Ursula a été réservée pour faire scanner son cerveau pendant deux heures, c'est loin d'être une chose sûre. Ses deux premières sessions, également réservées pour deux heures chacune, n'ont produit que huit minutes de matériel utilisable combinées.

La tâche frise l'impossible. Kosakowski a besoin qu'Ursula reste à la fois éveillée, en regardant des images projetées de visages et de scènes, et très immobile, idéalement pendant des secondes ou même des minutes à la fois. Chaque secousse et mouvement brouille le balayage de l'IRM, obscurcissant l'image et la rendant inutile. Mais Ursula a tendance à se tortiller puis, inévitablement, à s'endormir, exactement ce que l'on attend d'un bébé de six mois.

Scanner le cerveau des nourrissons pendant qu'ils sont éveillés est incroyablement difficile et prend du temps, et il y a toujours un risque qu'une session ne produise aucune donnée. Un adulte motivé est capable de rester parfaitement immobile pendant deux heures, produisant des images cérébrales qui se lisent comme un livre ouvert. Les séances d'Ursula produisent quelque chose qui ressemble plus à un livre déchiré et jeté dans une rivière. Kosakowski, qui est conseillée conjointement par les professeurs de neurosciences cognitives Nancy Kanwisher '80, PhD '86, et Rebecca Saxe, PhD '03, doit soigneusement repêcher les sections utilisables et les assembler avant de pouvoir lire l'histoire qu'elles révèlent.

Heather est probablement la personne la plus qualifiée en vie aujourd'hui pour obtenir des données d'IRM fonctionnelles de haute qualité sur des nourrissons humains, déclare Kanwisher, professeur Walter A. Rosenblith de neurosciences cognitives.

Si Kosakowski n'obtient pas les deux minutes d'images cérébrales fixes dont elle a besoin, il est possible que les deux visites précédentes d'Ursula n'aient servi à rien. Mais si elle peut obtenir une lecture claire de l'IRMf, elle fera un pas de plus vers la réponse à l'une des questions les plus profondes des neurosciences modernes : quels sont les fondements physiques de l'esprit humain ?

Un rêve lointain

Kosakowski n'est pas étranger à surmonter les obstacles. Son enfance a été caractérisée par le genre d'instabilité qui rendait tout type d'enseignement supérieur inaccessible. Son père était dans l'armée, donc sa famille a beaucoup déménagé. Puis ses parents ont divorcé, et les difficultés se sont multipliées. Quand elle avait environ sept ans, elle et sa mère ont déménagé dans un refuge pour sans-abri, et à 11 ans, Kosakowski a été placée en famille d'accueil dans l'ouest du Massachusetts. Avoir un baccalauréat a toujours été mon rêve, dit-elle, mais elle appelle sa première tentative à l'université un échec lamentable.

Kosakowski avec bébé Ursula après son IRMf.

RACHEL FRITTS

J'ai laissé tomber, j'étais sans abri et je n'avais pas de travail, puis j'ai détruit ma voiture et je me suis dit, qu'est-ce que je vais faire de ma vie ? se souvient-elle. Elle a décidé d'entrer dans le Corps des Marines, mais espérait qu'elle pourrait un jour obtenir une deuxième chance à l'université.

Après plusieurs années dans l'armée, Kosakowski a quitté les Marines et est retourné dans le Massachusetts, s'inscrivant à temps partiel au Massachusetts Bay Community College. Peut-être, pensa-t-elle, qu'un baccalauréat n'était pas si loin après tout. Elle a jeté son dévolu sur Smith College, où elle a été admise. Mais au moment où elle a reçu cette nouvelle, elle en a également reçu une autre : elle était enceinte.

Kosakowski n'est allée à l'université nulle part cet automne, mais son désir d'apprendre a persisté. Sa curiosité naturelle a trouvé un exutoire chez son bébé, Hannah, qui est née en octobre. Elle a vu Hannah faire l'expérience de l'herbe pour la première fois au printemps, ravie de la façon dont elle a réagi à ce nouveau matériau étrange recouvrant le sol. Alors qu'Hannah explorait son environnement, Kosakowski se demandait à quoi ressemblaient les choses de son point de vue. Qu'est-ce qu'elle vivait ? Comment donnait-elle un sens au monde qui l'entourait ?

Quand Hannah avait deux ans, Kosakowski a obtenu un emploi dans une organisation à but non lucratif qui travaillait à accélérer la recherche sur la sclérose en plaques, lui donnant l'opportunité d'assister à une conférence sur les neurosciences. Après cela, j'étais un peu accro, dit-elle. Je me disais, d'accord, ce que je veux vraiment faire, c'est faire de la recherche, et pour faire de la recherche, j'ai besoin d'un diplôme. Je dois retourner à l'école.

Kosakowski a été acceptée au Wellesley College, une école qu'elle avait abandonnée des années auparavant parce qu'elle était si compétitive. Elle est devenue fascinée par les neurosciences, parsemant ses professeurs de questions jusqu'à ce que l'un d'eux dise, Heather, certaines des questions que vous posez, personne ne connaît la réponse. Vous devriez obtenir un doctorat.

J'ai juste continué à scanner

Tout comme Kosakowski est diplômée de Wellesley, Saxe cherchait un directeur pour son laboratoire, qui se trouvait être l'un des seuls laboratoires au monde à étudier les bébés en IRM pendant qu'ils sont éveillés - et par conséquent l'un des seuls à pouvoir répondre aux questions de Kosakowski. sur la nature de la cognition infantile. Elle a postulé pour le poste et l'a obtenu.

Lorsque sa sœur adoptive a eu un bébé, Kosakowski est allée à Saxe et a demandé si elle pouvait apprendre à utiliser l'IRMf pour scanner le cerveau du nourrisson. Je pense qu'elle pensait que je scannerais ma nièce et que j'en finirais, dit Kosakowski. Mais j'ai continué à scanner, et elle ne m'a jamais dit d'arrêter. Saxe, impressionné par le travail et la détermination de Kosakowski, a accepté de la prendre comme étudiante diplômée. En 2017, elle quitte son poste de responsable de laboratoire et entame son premier semestre en tant que doctorante au MIT.

Kanwisher se souvient encore de la première fois où elle a vu Kosakowski scanner un bébé à l'IRM. Elle envisageait de travailler avec Kosakowski et Saxe sur leur étude infantile, mais au début, elle était très sceptique. Ce gamin crie comme un fou. La maman est nerveuse. L'ensemble est stressant. Et cela continue encore et encore et Heather n'abandonne pas, dit-elle. Alors, boum. Les nuages ​​se séparent, l'enfant sourit, Heather place l'enfant dans le scanner IRM, et comme une minute plus tard, elle scanne de belles données. Juste la persévérance, la compétence, est spectaculaire.

L'étude actuelle de Kosakowski se concentre sur la façon dont le cerveau des bébés âgés de seulement deux à neuf mois réagit à de courtes vidéos de visages ou de corps, et en quoi cela diffère de leur réaction à des scènes sans personne. Elle est la première à trouver des preuves de ce type de spécialisation chez les enfants de moins de cinq ans. Les informations qu'elle recherche ne peuvent être mesurées qu'avec l'IRMf. L'imagerie par résonance magnétique permet aux chercheurs de prendre des photos à haute résolution de coupes transversales du cerveau. L'IRM fonctionnelle ajoute une autre couche à cela, enregistrant des images du cerveau activité en temps réel. Lorsque les neurones d'une partie du cerveau sont particulièrement actifs, le flux sanguin augmente pour alimenter cette région. Cela apparaît comme une tache lumineuse sur les scans IRMf.

Les chercheurs ont passé des décennies à utiliser l'IRMf pour prouver que des sections du cerveau adulte sont hautement spécialisées pour certaines tâches et pour identifier exactement quelles zones sont spécialisées pour quelles fonctions. L'esprit et le cerveau ont toute cette structure. Nous ne sommes pas seulement génériquement intelligents. Nous sommes intelligents de manière très particulière à propos de choses très particulières que font les humains, dit Kanwisher. Si vous regardez la structure, vous voyez cet ensemble de dizaines de régions du cerveau, chacune faisant une chose très distincte et différente… Il est impossible de regarder cela et de ne pas se demander : « Comment cette structure a-t-elle été câblée ?

Lorsque les adultes regardent les visages, par exemple, une partie du cerveau appelée zone du visage fusiforme, ou FFA, s'allume. En d'autres termes, si les chercheurs placent des adultes dans des appareils d'IRM et leur montrent des images de visages et d'objets, le FFA ne répondra qu'aux visages. La zone de lieu parahippocampique (PPA), quant à elle, répond le plus fortement aux représentations de scènes. Kanwisher elle-même a nommé le FFA après avoir dirigé l'équipe qui l'a découvert en 1997, et elle a dirigé l'effort pour identifier et décrire le PPA en 1998. Elle et ses collègues ont également découvert la section du cerveau connue sous le nom de zone extrastriée du corps (EBA), qui répond fortement aux images de parties du corps, en 2001.

[Heather scanne] les plus jeunes humains éveillés que n'importe qui peut scanner et demande quelle est la structure du cerveau quelques mois après la naissance, dit Kanwisher. Et ce n'est là qu'une des questions les plus passionnantes de toute la psychologie, des neurosciences et de la philosophie profonde : quelle est la structure de notre esprit et d'où vient-elle ?

Les résultats préliminaires de l'étude de Kosakowski fournissent certaines des preuves les plus solides à ce jour que certaines fonctions de notre cerveau peuvent être innées plutôt qu'acquises. Les bébés ont également des réponses sélectives pour les visages, les corps et les scènes dans le FFA, l'EBA et le PPA, dit Kosakowski. Personne n'a jamais trouvé cela auparavant. Et on ne s'attendait absolument pas à ce que nous trouvions cela.

Dans ces scans cérébraux capturés à partir d'un nourrisson regardant des vidéos de visages et de scènes, le rouge et le jaune montrent l'activité liée à la visualisation des visages et le bleu montre l'activité liée aux scènes.

HEATHER KOSAKOWSKI

La pandémie de covid-19, cependant, a apporté son propre ensemble de défis. Les séances d'IRMf ont dû être suspendues et elle a passé une grande partie de l'année dernière à analyser ses données à la maison. Covid-19 m'a beaucoup touché dans la mesure où je travaille à domicile à plein temps et aussi en tant que parent célibataire - de la même manière que cela a eu un impact sur de nombreuses familles avec enfants, dit Kosakowski. Elle espère avoir l'opportunité de scanner plus de nourrissons pour commencer à étudier leur traitement auditif avant d'obtenir son diplôme en mai 2022. Mais la session d'Ursula fin 2019 s'avère avoir été l'une de ses dernières chances d'obtenir des données précieuses pour sa thèse.

Au cours de cette session, Ursula s'était endormie dans le scanner, mais Kosakowski était de bonne humeur à la fin. Elle était à peu près sûre d'avoir réussi à obtenir les données - et elle confirmerait plus tard qu'elle avait raison. Alors que la mère d'Ursula partait pour se changer des gommages adaptés à l'IRM, Kosakowski a ramassé le bébé groggy et l'a tenue alors qu'elle était assise devant un ordinateur. L'étudiant diplômé imperturbable a une capacité étonnante à garder les bébés heureux et détendus - une compétence qu'aucun programme de doctorat ne vous enseignera, mais qui est inestimable lorsque chaque seconde supplémentaire de données propres aide.

Enfin, elle releva l'image qu'elle cherchait, pointant vers l'écran tandis que le regard d'Ursula suivait son doigt. Un jour, grâce à leurs efforts combinés, nous pourrions mieux comprendre comment Ursula percevait l'image devant elle. Voir! Kosakowski l'a dit au bébé dans ses bras. C'est ton cerveau !

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