Pourquoi vous sentez-vous seul ? Les neurosciences commencent à trouver des réponses.

La chasse à la solitude d'un neuroscientifique pourrait nous aider à mieux comprendre les coûts de l'isolement social. Par

• Adam Piore page d'archives

4 septembre 2020

Jenny Siegwart

Bien avant que le monde n'ait jamais entendu parler de covid-19, Kay Tye a entrepris de répondre à une question qui a pris une nouvelle résonance à l'ère de la distanciation sociale : lorsque les gens se sentent seuls, ont-ils soif d'interactions sociales de la même manière qu'une personne affamée ? envie de nourriture? Et ses collègues et elle pourraient-elles détecter et mesurer cette faim dans les circuits neuronaux du cerveau ?

La solitude est une chose universelle. Si je demandais aux gens dans la rue : « Savez-vous ce que signifie être seul ? », probablement 99 ou 100 % des gens répondraient oui, explique Tye, neuroscientifique au Salk Institute of Biological Sciences. Il semble raisonnable d'affirmer qu'il devrait s'agir d'un concept en neurosciences. C'est juste que personne n'a jamais trouvé le moyen de le tester et de le localiser sur des cellules spécifiques. C'est ce que nous essayons de faire.

Ces dernières années, une vaste littérature scientifique a émergé liant la solitude à la dépression, l'anxiété, l'alcoolisme et la toxicomanie. Il existe même un nombre croissant de travaux épidémiologiques montrant que la solitude vous rend plus susceptible de tomber malade : elle semble provoquer la libération chronique d'hormones qui suppriment une fonction immunitaire saine. Les changements biochimiques dus à la solitude peuvent accélérer la propagation du cancer, accélérer les maladies cardiaques et la maladie d'Alzheimer, ou simplement vider les plus vitaux d'entre nous de la volonté de continuer. La capacité de le mesurer et de le détecter pourrait aider à identifier les personnes à risque et ouvrir la voie à de nouveaux types d'interventions.

Dans les mois à venir, beaucoup préviennent, nous verrons probablement les impacts de la covid-19 sur la santé mentale se produire à l'échelle mondiale. Les psychiatres s'inquiètent déjà de la hausse des taux de suicide et des surdoses de drogue aux États-Unis, et l'isolement social, ainsi que l'anxiété et le stress chronique, en sont une cause probable. La reconnaissance de l'impact de l'isolement social sur le reste de la santé mentale va frapper tout le monde très bientôt, dit Tye. Je pense que l'impact sur la santé mentale sera assez intense et assez immédiat.

Pourtant, quantifier, voire définir, la solitude est un défi difficile. Si difficile, en fait, que les neuroscientifiques ont longtemps évité le sujet.

La solitude, dit Tye, est intrinsèquement subjective. Il est possible de passer la journée complètement isolé, dans une contemplation tranquille et de se sentir revigoré. Ou à mijoter dans la misère aliénée entouré d'une foule, au cœur d'une grande ville, ou accompagné d'amis proches et de famille. Ou, pour prendre un exemple plus contemporain, participer à un appel Zoom avec des proches dans une autre ville et se sentir profondément connecté, voire plus seul qu'au début de l'appel.

Ce flou pourrait expliquer les résultats curieux qui sont revenus lorsque Tye, avant de publier son premier article scientifique sur les neurosciences de la solitude en 2016, a lancé une recherche d'autres articles sur le sujet. Bien qu'elle ait trouvé des études sur la solitude dans la littérature psychologique, le nombre d'articles contenant également les mots cellules, neurones ou cerveau était précisément nul.

Les neuroscientifiques ont longtemps supposé que les questions sur la façon dont la solitude pourrait fonctionner dans le cerveau humain échapperaient à leurs laboratoires axés sur les données.

Bien que la nature de la solitude ait préoccupé certains des plus grands esprits de la philosophie, de la littérature et de l'art pendant des millénaires, les neuroscientifiques ont longtemps supposé que les questions sur la façon dont cela pourrait fonctionner dans le cerveau humain échapperaient à leurs laboratoires axés sur les données. Comment quantifier l'expérience ? Et où commenceriez-vous même à chercher dans le cerveau les changements provoqués par un sentiment aussi subjectif ?

Tye espère changer cela en construisant un domaine entièrement nouveau : un domaine visant à analyser et à comprendre comment nos perceptions sensorielles, nos expériences antérieures, nos prédispositions génétiques et nos situations de vie se combinent avec notre environnement pour produire un état biologique concret et mesurable appelé solitude. Et elle veut identifier à quoi ressemble cette expérience apparemment ineffable lorsqu'elle est activée dans le cerveau.

Si Tye réussit, cela pourrait conduire à de nouveaux outils pour identifier et surveiller les personnes à risque de maladies aggravées par la solitude. Cela pourrait également fournir de meilleurs moyens de gérer ce qui pourrait être une crise de santé publique imminente déclenchée par le covid-19.

Trouver les neurones de la solitude

Tye s'est concentré sur des populations spécifiques de neurones dans le cerveau des rongeurs qui semblent être associées à un besoin mesurable d'interaction sociale - une faim qui peut être manipulée en stimulant directement les neurones eux-mêmes. Pour identifier ces neurones, Tye s'est appuyée sur une technique qu'elle a développée alors qu'elle travaillait comme post-doctorante dans le laboratoire de l'Université de Stanford de Karl Deisseroth.

Deisseroth avait été le pionnier de l'optogénétique, une technique dans laquelle des protéines génétiquement modifiées et sensibles à la lumière sont implantées dans les cellules cérébrales ; les chercheurs peuvent alors allumer ou éteindre des neurones individuels simplement en faisant briller des lumières dessus via des câbles à fibres optiques. Bien que la technique soit beaucoup trop invasive pour être utilisée chez l'homme - ainsi qu'une injection dans le cerveau pour délivrer les protéines, elle nécessite d'enfiler le câble à fibre optique à travers le crâne et directement dans le cerveau - elle permet aux chercheurs de modifier les neurones en direct , déplacez librement les rongeurs et observez ensuite leur comportement.

Tye a commencé à utiliser l'optogénétique chez les rongeurs pour tracer les circuits neuronaux impliqués dans les émotions, la motivation et les comportements sociaux. Elle a découvert qu'en activant un neurone, puis en identifiant les autres parties du cerveau qui répondaient au signal émis par le neurone, elle pouvait retracer les circuits discrets des cellules qui travaillent ensemble pour remplir des fonctions spécifiques. Tye a méticuleusement tracé les connexions de l'amygdale, un ensemble de neurones en forme d'amande que l'on pense être le siège de la peur et de l'anxiété chez les rongeurs et les humains.

Kay Tye, neuroscientifique au Salk Institute of Biological Sciences, tente de détecter et de mesurer la solitude dans les circuits neuronaux du cerveau.

JENNY SIEGWART

Les scientifiques savaient depuis longtemps que la stimulation de l'amygdale dans son ensemble pouvait faire trembler un animal de peur. Mais en suivant le labyrinthe de connexions entrant et sortant de différentes parties de l'amygdale, Tye a pu démontrer que le circuit de peur du cerveau était capable d'imprégner les stimuli sensoriels de bien plus de nuances qu'on ne le pensait auparavant. Cela semblait, en fait, moduler le courage aussi.

Au moment où Tye a installé son laboratoire au Picower Institute for Learning and Memory du MIT en 2012, elle suivait les connexions neuronales de l'amygdale à des endroits comme le cortex préfrontal, connu comme l'exécutif du cerveau, et l'hippocampe, le siège de la mémoire épisodique. . L'objectif était de construire des cartes des circuits à travers le cerveau sur lesquels nous nous appuyons pour comprendre le monde, donner un sens à notre expérience instantanée et réagir à différentes situations.

Elle a commencé à étudier la solitude en grande partie par sérendipité. En recherchant de nouveaux post-doctorants, Tye est tombé sur le travail de Gillian Matthews. En tant qu'étudiante diplômée à l'Imperial College de Londres, Matthews avait fait une découverte inattendue lorsqu'elle avait séparé les souris les unes des autres dans ses expériences. L'isolement social - le fait même d'être seul - semblait avoir modifié les cellules cérébrales appelées neurones DRN d'une manière qui impliquait qu'elles pourraient jouer un rôle dans la solitude.

Tye a immédiatement vu les possibilités. Oh, mon Dieu, c'est incroyable ! elle se souvient avoir pensé. Que les signes d'isolement social puissent être attribués à une partie spécifique du cerveau lui paraissait tout à fait logique. Mais où est-il et comment le trouveriez-vous ? Si cela pouvait être la région, pensai-je, ce serait super intéressant. Dans toutes ses études sur les neurones, dit Tye, je n'avais jamais rien vu d'isolement social auparavant. Jamais.

Tye s'est rendu compte que si elle et Matthews pouvaient construire une carte d'un circuit de solitude, ils pourraient répondre en laboratoire précisément aux types de questions qu'elle espérait explorer : comment le cerveau donne-t-il un sens à l'isolement social ? Comment et quand l'expérience objective de ne pas être entouré de personnes, en d'autres termes, devient-elle l'expérience subjective de la solitude ? La première étape a été de mieux comprendre le rôle joué par les neurones DRN dans cet état mental.

Les neurones DRN sont présentés ici dans le système dopaminergique et les circuits en aval.

MATTHEW UNGLESS/IMPERIAL COLLEGE LONDRES GILLIAN MATTHEWS / KAY TYE / MIT GILLIAN MATTHEWS / KAY TYE / MIT

L'une des premières choses que Tye et Matthews ont remarquées était que lorsqu'ils stimulaient ces neurones, les animaux étaient plus susceptibles de rechercher une interaction sociale avec d'autres souris. Dans une expérience ultérieure, ils ont montré que les animaux, lorsqu'ils avaient le choix, évitaient activement les zones de leurs cages qui, une fois entrées, déclenchaient l'activation des neurones. Cela suggérait que leur quête d'interaction sociale était davantage motivée par le désir d'éviter la douleur que de générer du plaisir - une expérience qui imitait l'expérience aversive de la solitude.

Dans une expérience de suivi, les chercheurs ont placé certaines des souris à l'isolement pendant 24 heures, puis les ont réintroduites dans des groupes sociaux. Comme on pouvait s'y attendre, les animaux cherchaient et passaient un temps inhabituel à interagir avec d'autres animaux, comme s'ils s'étaient sentis seuls. Puis Tye et Matthews ont de nouveau isolé les mêmes souris, cette fois en utilisant l'optogénétique pour faire taire les neurones DRN après la période d'isolement. Cette fois, les animaux ont perdu le désir de contact social. C'était comme si l'isolement social n'avait pas été enregistré dans leur cerveau.

Les scientifiques savent depuis longtemps que le cerveau abrite l'équivalent biologique de la jauge de carburant d'une voiture - un système homéostatique complexe qui permet à notre matière grise de suivre l'état de nos besoins biologiques de base, comme ceux pour la nourriture, l'eau et le sommeil. Le but du système est de nous conduire vers des comportements visant à maintenir ou à rétablir notre état d'équilibre naturel.

Tye et Matthews semblaient avoir trouvé l'équivalent d'un régulateur homéostatique pour les besoins de contact social de base des rongeurs. La question suivante : Que signifient ces résultats pour les gens ?

Faim d'un sourire

Pour répondre à cette question, Tye travaille avec des chercheurs du laboratoire de Rebecca Saxe, professeur de neurosciences cognitives au MIT, spécialisée dans l'étude de la cognition sociale et des émotions humaines.

Les expériences humaines sont beaucoup plus difficiles à concevoir car la chirurgie cérébrale requise pour l'optogénétique n'est pas une option. Mais il est possible d'exposer des personnes seules à des photos de personnes amicales offrant des signaux sociaux, comme un sourire, puis de surveiller et d'enregistrer les changements du flux sanguin vers différentes parties du cerveau à l'aide de l'imagerie IRMf. Et, grâce à des expériences antérieures, les scientifiques ont une bonne idée de l'endroit du cerveau où regarder – une zone analogue à celle que Matthews et Tye ont étudiée chez la souris.

L'année dernière, Livia Tomova, une post-doctorante qui a supervisé la recherche dans le laboratoire de Saxe, a recruté 40 volontaires qui se sont identifiés comme ayant de grands réseaux sociaux et de très faibles niveaux de solitude. Tomova a exilé ses sujets dans une pièce du laboratoire et a interdit tout contact humain pendant 10 heures. À titre de comparaison, Tomova a demandé aux mêmes participants de revenir pour une deuxième session de 10 heures contenant de nombreuses interactions sociales, mais pas de nourriture.

Tomova et Saxe ont utilisé des IRMf pour mesurer la réponse du cerveau à la nourriture et aux interactions sociales après des périodes de jeûne et d'isolement. L'analyse de droite montre l'activité du mésencéphale associée aux récompenses.

À la fin de chaque session, les sujets ont été invités à monter dans le scanner IRMf et ont été exposés à différentes images : certaines montraient des personnes offrant des signaux sociaux non verbaux, et d'autres contenaient des images de nourriture.

Contrairement à Tye et Matthews, Tomova n'a pas pu se concentrer sur les neurones individuels. Mais elle a pu suivre les changements du flux sanguin dans de plus grandes zones de l'analyse, appelées voxels ; chaque voxel présentait l'activité changeante de populations discrètes de plusieurs milliers de neurones. Tomova s'est concentré sur les zones du mésencéphale connues pour être riches en neurones associés à la production et au traitement du neurotransmetteur dopamine.

Ces zones ont déjà été liées dans d'autres expériences à la sensation de vouloir ou d'avoir envie de quelque chose. Ce sont des zones qui s'allument en réponse à des images de nourriture lorsqu'une personne a faim, ou à des images liées à la drogue chez les personnes toxicomanes. Feraient-ils la même chose chez les personnes seules à qui on montrerait des images d'un sourire ?

La réponse était claire : après l'isolement social, les scanners cérébraux des sujets ont montré beaucoup plus d'activité dans le mésencéphale lorsqu'on leur a montré les images des signaux sociaux. Lorsque les sujets avaient faim mais n'avaient pas été isolés socialement, ils présentaient une réaction tout aussi robuste aux signaux alimentaires, mais pas aux signaux sociaux.

Qu'il s'agisse de la recherche de contacts sociaux ou de la recherche d'autres choses comme la nourriture, cela semble être représenté de manière très similaire, explique Tomova.

L'expérience de la pandémie

Comprendre comment la soif de contact social est produite dans le cerveau pourrait permettre de mieux comprendre le rôle que joue l'isolement social dans certaines maladies.

Mesurer objectivement la solitude dans le cerveau, au lieu de demander aux gens comment ils se sentent, pourrait apporter des éclaircissements sur le lien entre la dépression et la solitude, par exemple. Qu'est-ce qui vient en premier : la dépression cause-t-elle la solitude, ou la solitude cause-t-elle la dépression ? Et une intervention sociale appliquée au bon moment pourrait-elle aider à combattre la dépression ?

Selon certaines recherches, des informations sur les circuits de la solitude dans le cerveau pourraient également éclairer la dépendance, à laquelle les animaux isolés sont plus sujets. Les preuves semblent particulièrement solides chez les animaux adolescents, qui semblent être encore plus sensibles aux effets de l'isolement social que les plus âgés ou les plus jeunes. Les humains âgés de 16 à 24 ans sont les plus susceptibles de déclarer se sentir seuls, et c'est aussi l'âge où de nombreux troubles de santé mentale commencent à se manifester. Y a-t-il un lien ?

Des informations sur les circuits de la solitude dans le cerveau pourraient faire la lumière sur la dépendance.

Mais le besoin actuel le plus évident peut être en réponse à l'isolement social provoqué par la pandémie de covid. Quelques les sondages sur Internet ne signalent aucune augmentation globale de la solitude depuis le début de la pandémie, mais qu'en est-il des personnes les plus à risque de problèmes de santé mentale ? Lorsqu'ils sont isolés, à quel moment cela commence-t-il à mettre en danger leur bien-être psychologique et physique ? Et quels types d'interventions pourraient les protéger de ce danger ? Une fois que nous pouvons mesurer la solitude, nous pouvons commencer à le découvrir, ce qui facilite beaucoup la conception d'interventions ciblées.

Une question vitale pour les recherches futures est de savoir combien et quels types d'interaction sociale positive sont suffisants pour répondre à ce besoin fondamental et ainsi éliminer la réponse de soif neurale, Tomova et Tye écrit dans une prépublication de leur article à paraître, mis en ligne fin mars. La pandémie a souligné la nécessité d'une meilleure compréhension des besoins sociaux humains et du mécanisme neuronal sous-jacent à la motivation sociale, ont-ils écrit. La présente étude constitue un premier pas dans cette direction.

Cela, dans le langage généralement discret de la science, signale la naissance d'un tout nouveau domaine de recherche - pas quelque chose dont vous êtes souvent témoin, et encore moins dont vous faites partie.

C'est tellement excitant pour moi, parce que ce sont tous des concepts que nous avons entendus un million de fois en psychologie, et pour la toute première fois, nous avons en fait des cellules dans le cerveau que nous pouvons relier au système, dit Tye. Et une fois que vous avez une cellule, vous pouvez tracer en arrière, vous pouvez tracer en avant ; vous pouvez comprendre ce qui se passe en amont ; vous pouvez comprendre ce que font tous les neurones en amont et quels messagers sont envoyés, dit Tye. Vous pouvez maintenant trouver tout le circuit ; vous savez par où commencer.

cacher