Cognition et conscience issues de calculs analogiques, selon une nouvelle théorie
Une nouvelle théorie publiée dans The Journal of Neuroscience par des chercheurs du Picower Institute for Learning and Memory au MIT propose une explication sur la manière dont le cerveau produit cognition et conscience. Selon cette théorie, le cerveau utilise des ondes de neurones rythmiques pour coordonner des réseaux neuronaux agiles à travers des calculs analogiques.
Le professeur Earl K. Miller, auteur principal de l’étude, souligne que l’idée que le cerveau fonctionne uniquement par des « circuits » est incomplète. Bien que les circuits connectés physiquement soient essentiels pour stocker des souvenirs et représenter nos besoins et objectifs, le cerveau doit également disposer d’un système de contrôle capable de coordonner des millions de neurones pour traiter l’information en une fraction de seconde.
Les ondes cérébrales, qui sont des fluctuations rythmiques synchronisées de grands groupes de neurones, jouent un rôle crucial dans ce processus, comme l’affirment Miller et ses collègues, soutenus par des années de preuves expérimentales. Selon Miller, les dynamiques des ondes cérébrales sont une méthode efficace pour coordonner et réaliser des calculs, par rapport aux circuits numériques qui effectuent des calculs étape par étape.
La théorie met également en avant l’importance de considérer les ondes dans le traitement clinique, car elles peuvent être manipulées de manière non invasive. Miller insiste sur la nécessité de développer des traitements basés sur la dynamique des ondes cérébrales, en particulier dans le contexte de l’autisme.
Les chercheurs ont constaté que de nombreuses neurones ne remplissent pas une seule fonction, mais réagissent à plusieurs indices et contextes, ce qui leur permet de participer à plusieurs réseaux fonctionnels simultanément. Cette propriété, appelée « sélectivité mixte », confère au cerveau une puissance de calcul immense.
Des études antérieures ont montré que les ondes cérébrales de différentes fréquences gouvernent des processus cognitifs tels que la mémoire de travail et le codage prédictif. Les ondes de fréquence « alpha » et « beta », qui représentent les souvenirs et les objectifs, régulent les ondes « gamma », qui traitent les informations sensorielles.
La théorie suggère que les ondes de contrôle alpha/beta émergent de l’activité neuronale coordonnée dans des circuits connectés par des synapses. De plus, des recherches récentes ont mis en évidence que ces ondes peuvent influencer et coordonner l’activité neuronale via un processus appelé « couplage éphaptique ».
Concernant la conscience, l’article affirme qu’elle émerge lorsque les motifs d’ondes dynamiques amènent le cortex à un état globalement intégré, influençant ainsi largement l’activité cérébrale. Des études sur l’anesthésie générale ont montré que différents médicaments perturbent les dynamiques des ondes cérébrales, entraînant ainsi une perte de conscience.
Les auteurs concluent que la dynamique des champs électriques offre une base efficace pour organiser et coordonner l’information à travers les réseaux corticaux. Ils soulignent que, face à une pression évolutive forte pour maximiser le calcul par unité d’énergie, il serait surprenant que l’évolution n’exploite pas un tel substrat de calcul analogique intégré.
Source : MIT News, The Journal of Neuroscience
