The Walking Brain: Mapping feature-specific cortical responses to naturally unfolding sensory experience in the real world
Cette étude utilise la fNIRS haute densité portable et des enregistrements audiovisuels spécifiques aux participants pour établir un cadre basé sur les caractéristiques qui cartographie et prédit avec succès les réponses corticales aux caractéristiques de luminance, de son et de visages se déroulant naturellement lors d'une marche en conditions réelles non contraintes.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Pour comprendre comment l'esprit humain fonctionne, les scientifiques se sont longtemps appuyés sur une astuce simple mais limitante : ils demandent aux gens de rester parfaitement immobiles dans une pièce calme et de regarder un film ou d'écouter une histoire pendant que leur cerveau est scanné. Cette approche a révélé que le cerveau s'organise en quartiers spécifiques, avec différentes zones s'activant pour différents types d'informations, telles que le son ou la lumière. Cependant, ce cadre de laboratoire dépouille la vie de ce qui la rend réelle : la capacité de bouger, la liberté de regarder où vous le souhaitez, et le flux chaotique et non scénarisé du monde extérieur. Pendant des décennies, il est resté mystérieux de savoir si les cartes du monde, nettes et organisées, que le cerveau dessine, tiennent bon lorsqu'une personne marche réellement dans une rue animée, navigue dans le trafic et rencontre des gens et des sons que personne n'avait prévus pour elle.
Une équipe de chercheurs de l'Université de Boston a franchi une étape significative vers la réponse à cette question en sortant le scanner cérébral du laboratoire pour l'emmener dans la rue. Utilisant un appareil portable, de la taille d'un sac à dos, qui mesure le flux sanguin dans le cerveau, ils ont enregistré l'activité neurale de vingt adultes alors qu'ils marchaient le long d'un itinéraire prédéfini sur un campus universitaire. Contrairement aux études précédentes où les participants devaient accomplir des tâches spécifiques, ces marcheurs étaient libres de se déplacer à leur propre rythme et de regarder ce qui attirait leur attention, tandis qu'une caméra montée sur leur tête enregistrait exactement ce qu'ils voyaient et entendaient. Les chercheurs ont ensuite comparé ces cartes cérébrales du monde réel à celles générées lorsqu'un groupe différent de personnes regardait un film naturaliste dans une pièce contrôlée, en utilisant le même type de technologie d'imagerie cérébrale.
L'étude a révélé que la réponse du cerveau aux informations sensorielles de base reste étonnamment stable, même lorsque l'environnement est incontrôlé. Lorsque les chercheurs ont examiné la façon dont le cerveau réagissait aux changements de lumière et de son, les cartes d'activité étaient très similaires, que la personne soit assise dans une pièce sombre regardant un film ou en train de marcher sur un campus ensoleillé. Plus précisément, les zones du cerveau responsables du traitement de la luminosité visuelle et du volume sonore présentaient une forte correspondance spatiale dans les deux contextes. Cela suggère que le matériel fondamental du cerveau pour gérer la lumière et le son est suffisamment robuste pour fonctionner de manière cohérente, que l'expérience soit scénarisée par un réalisateur ou qu'elle se déroule naturellement sur un trottoir.
Cependant, l'histoire change quand les chercheurs ont observé la réaction du cerveau aux visages. Alors que le cerveau montrait un schéma cohérent pour les visages lors du film, où la narration et les angles de caméra guidaient l'attention, le schéma devenait dispersé et différent lors des marches en extérieur. Les chercheurs suggèrent que voir un visage dans un film fait souvent partie d'une histoire sociale ou d'un point d'intrigue spécifique, tandis que voir un visage dans la rue est un événement fugace et autodirigé qui peut déclencher des types d'attention ou de traitement social différents. Cela indique que si les cartes sensorielles de base du cerveau sont solides, sa réponse aux indices sociaux complexes comme les visages est beaucoup plus sensible au contexte et à la manière dont la personne choisit de s'engager avec son environnement.
Au-delà de la simple cartographie de ces réponses, l'équipe a également testé s'ils pouvaient prédire ce que le cerveau ferait ensuite en se basant uniquement sur l'environnement. En injectant dans l'ordinateur le flux continu de données de lumière, de son et de mouvement enregistrées par les caméras des marcheurs, ils ont construit un modèle capable de deviner l'activité cérébrale pendant une portion de la marche que le modèle n'avait jamais vue auparavant. Le modèle a été capable de prédire les signaux hémodynamiques du cerveau avec un niveau de précision statistiquement significatif, prouvant que l'apport sensoriel continu et non scénarisé du monde réel contient suffisamment d'informations pour prévoir l'activité neurale. Cette découverte est notable car elle démontre que même sans script préétabli, la réaction du cerveau au monde suit une logique prévisible qui peut être décodée à partir de l'environnement lui-même.
L'étude a également révélé que ces cartes cérébrales sont reproductibles chez une même personne. Lorsque les mêmes individus ont parcouru l'itinéraire deux fois, la réponse de leur cerveau à la lumière et aux visages est restée cohérente d'une marche à l'autre, même si les personnes et les événements rencontrés étaient différents à chaque fois. Cela suggère que le cerveau maintient une représentation interne stable de la manière dont il traite ces caractéristiques, agissant comme une ancre fiable même lorsque le monde extérieur change autour d'eux. Cependant, les chercheurs ont noté que ces cartes n'étaient pas identiques d'une personne à l'autre ; bien que les individus fassent preuve de cohérence avec eux-mêmes, les schémas spécifiques variaient suffisamment entre les différents marcheurs pour qu'une carte « moyenne » ne puisse décrire précisément tout le monde. Cela souligne que si l'organisation du cerveau est stable pour un individu, la façon dont chaque personne expérimente et traite le monde est profondément personnelle.
En fin de compte, cette recherche fournit un nouveau cadre pour étudier le cerveau « dans la nature ». En combinant l'imagerie cérébrale portable avec la capacité de reconstruire le monde sensoriel exact qu'une personne expérimente, les scientifiques peuvent désormais dépasser les contraintes artificielles du laboratoire. Ce travail montre que l'organisation spécifique des caractéristiques du cerveau n'est pas seulement le produit d'expériences contrôlées, mais une propriété fondamentale de la façon dont nous naviguons dans nos vies quotidiennes. Il confirme que la capacité du cerveau à traiter la lumière et le son est résiliente, tandis que sa gestion des indices sociaux comme les visages est flexible et dépendante du contexte. Plus important encore, cela prouve que nous pouvons désormais mesurer et comprendre l'activité du cerveau telle qu'elle se produit dans le monde réel, ouvrant la porte à un avenir où les neurosciences pourront véritablement capturer la complexité de l'expérience humaine.
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