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Regarder une seule forme de pensée dans le cerveau
L'un des objectifs à long terme du domaine de la neuro-imagerie est de comprendre ce qu'une personne pense simplement en examinant le schéma de son activité cérébrale - en substance, en lisant dans l'esprit. Bien que cet exploit soit encore loin, des scientifiques de l'Université du Nouveau-Mexique ont franchi une étape importante en affinant les techniques de neuro-imagerie au point de pouvoir détecter de manière fiable une seule pensée se formant dans le cerveau d'un individu.
Dès qu'un volontaire pense à un mot, les chercheurs détectent une activité cérébrale dans la zone de Broca (flèche jaune), une partie du cerveau impliquée dans le langage. (Crédit : Stefan Posse, Université du Nouveau-Mexique)
La technique pourrait être utilisée pour améliorer les applications cliniques de la neuro-imagerie, telles que le diagnostic des patients, ou pour étudier des processus cognitifs éphémères ou non reproductibles, tels que l'apprentissage d'une nouvelle compétence. Cela pourrait ouvrir une toute nouvelle dimension de la façon dont l'IRMf pourrait être utilisée, dit Peter Bandettini , directeur de l'installation centrale d'IRMf aux National Institutes of Health de Bethesda, dans le Maryland.
L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) mesure la quantité de flux sanguin vers différentes parties du cerveau, indiquant ainsi quelles zones du cerveau sont les plus actives. Imager le cerveau pendant que quelqu'un effectue des tâches mentales, comme se souvenir de mots ou faire des mathématiques, donne un aperçu des parties du cerveau cruciales pour ces processus cognitifs.
Mais l'activité cérébrale est très bruyante, ce qui signifie que les scientifiques doivent distinguer les signaux neuronaux pertinents de l'activité de fond, qui peut provenir de la respiration, du mouvement ou même de la rêverie d'un sujet. Pour détecter l'activité cérébrale associée à une tâche spécifique, la plupart des études d'IRMf font la moyenne des scintigraphies cérébrales à partir de tests répétés sur des dizaines de personnes.
Stefan Posse et ses collègues de l'Université du Nouveau-Mexique développent de nouvelles façons de collecter et d'analyser les données d'IRMf qui leur permettent de détecter l'activité cérébrale à partir d'une seule pensée. Ils ont créé leurs méthodes d'imagerie hautement sensibles en prenant plus de photos en moins de temps et en développant de nouveaux algorithmes pour intégrer ces images et réduire le bruit de fond.
Comme décrit dans un article du mois dernier dans le journal Neuroimage , l'équipe de Posse a demandé à huit volontaires allongés dans un scanner de penser à un mot commençant par une lettre flashé sur un écran au-dessus de leurs visages. Ils ont ensuite enregistré l'activité dans la zone de Broca, une partie du cerveau impliquée dans la génération du langage.
Les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient détecter une activité dans cette région après un seul essai de manière aussi fiable que dans les études précédentes qui faisaient la moyenne des résultats sur plusieurs essais. Nous pouvons en fait le voir sur le scanner en temps réel, explique Posse.
Les experts disent que les résultats sont prometteurs, même s'ils doivent encore être confirmés. Il est important d'essayer cela dans d'autres régions du cerveau et avec d'autres tâches pour voir où cela fonctionne, explique Christopher deCharms, fondateur d'Omneuron, une startup d'imagerie cérébrale à Menlo Park, en Californie.
Les chercheurs tentent maintenant de collecter des informations supplémentaires à partir de ces brefs schémas d'activité cérébrale. Parfois, nous voyions une deuxième bosse dans la région de Broca, explique Posse. Les sujets nous ont alors dit qu'ils avaient pensé à un deuxième mot.
À terme, les chercheurs espèrent être en mesure de déduire des caractéristiques encore plus complexes, telles que le type de mot que la personne a généré, si le mot l'a rendu heureux ou en colère et, finalement, des pensées plus complexes. Si vous pouvez voir l'activité générée par un seul mot, vous pouvez peut-être également voir l'activité d'une séquence de pensées plus longue, puis des processus cérébraux complexes, explique Posse. L'idée est de pouvoir décomposer le flux de processus de pensée en pensées individuelles.
Les experts en imagerie cérébrale disent qu'une technique qui mesure de manière fiable des pensées isolées pourrait ouvrir un nouveau monde d'expériences. Si nous pouvons réussir à mesurer les données d'un seul essai, cela nous donne une méthode plus puissante que celle disponible, explique deCharms. Vous pouvez surveiller les performances dans une tâche, comme une intervention chirurgicale ou le pilotage d'un avion, si vous souhaitez comprendre comment les performances changent seconde par seconde.
Et cette méthode à réflexion unique pourrait être utilisée pour étudier le processus d'apprentissage lui-même, qui se produit très rapidement, explique deCharms. Vous ne pouvez avoir une première impression qu'une seule fois. Pour étudier un processus d'apprentissage spécifique, les scientifiques devraient mesurer la différence d'activité cérébrale entre la première fois qu'une personne exécute une nouvelle compétence et la deuxième ou la troisième. Si vous devez faire en moyenne plus de 20 essais, vous perdez beaucoup de perspicacité, explique deCharms.
Les techniques d'imagerie cérébrale à essai unique pourraient également être utiles en clinique. Actuellement, l'IRMf est rarement utilisée à des fins diagnostiques ou thérapeutiques car il est difficile de recueillir des données fiables à partir d'une image cérébrale individuelle. Mais comme les techniques d'IRMf telles que celle de Posse permettent une imagerie plus sensible, les médecins seront mieux à même de prendre des décisions médicales à partir d'analyses cérébrales individuelles. De plus, dit Bandettini, la possibilité de générer des images fiables dans des délais plus courts facilitera le processus à la fois pour les médecins et les patients.