Early visual cortex is not functionally necessary for temporal attention: A TMS study

Le cerveau humain est une merveille d'efficacité, mais c'est aussi une créature de la pénurie. Il ne peut traiter chaque vue, chaque son et chaque sensation de l'environnement à la fois sans épuiser ses réserves d'énergie. Pour survivre, le cerveau emploie une stratégie appelée l'attention, un mécanisme qui agit comme un projecteur, augmentant la clartité d'informations spécifiques tout en estompant tout le reste. Si les scientifiques ont longtemps compris comment nous nous concentrons sur des endroits précis de notre vision, la question de savoir comment nous nous concentrons sur des moments précis du temps est restée plus insaisissable. Nous savons que nous pouvons choisir volontairement d'être prêts pour un événement à une seconde précise, mais la machinerie biologique derrière cette capacité est restée un mystère. Des études antérieures utilisant des scanners cérébraux ont montré que lorsque nous nous concentrons sur un moment spécifique, l'activité augmente dans le cortex visuel précoce, la partie du cerveau située à l'arrière de la tête qui reçoit les premières images des yeux. Cependant, ces scanners ne montrent qu'une corrélation ; ils révèlent que deux choses se produisent en même temps, mais ils ne peuvent pas prouver que l'une cause l'autre. Il était possible que cette zone visuelle précoce ne soit qu'un simple spectateur, s'activant parce que d'autres parties du cerveau effectuaient le travail réel de la gestion du temps.

Pour résoudre ce casse-tête, des chercheurs de l'Université de New York ont conçu une expérience pour tester si le cortex visuel précoce est réellement nécessaire pour ce type de concentration temporelle. Ils ont utilisé une technique appelée stimulation magnétique transcranienne, qui consiste à placer une bobine magnétique contre le cuir chevelu pour délivrer une impulsion brève et inoffensive qui interrompt temporairement l'activité électrique des cellules cérébrales situées en dessous. En appliquant cette impulsion au moment exact où une cible visuelle apparaissait, l'équipe pouvait voir si la perturbation du cortex visuel précoce briserait la capacité du cerveau à se concentrer sur ce moment spécifique. Si le cortex visuel précoce était le moteur de l'attention temporelle, la perturbation aurait dû rendre les gens plus lents et moins précis. Si, toutefois, le cerveau repose sur un système différent, de niveau supérieur, pour gérer le temps, alors la perturbation de la zone visuelle précoce n'aurait dû avoir aucun effet sur la performance.

Les chercheurs ont demandé à des volontaires d'effectuer une tâche consistant à guetter deux formes, appelées patchs de Gabor, qui apparaissaient l'une après l'autre dans le coin inférieur droit d'un écran. Avant l'apparition des formes, un son donnait aux volontaires un indice sur la forme qu'ils devraient identifier. Parfois, l'indice était précis, leur indiquant exactement quelle forme surveiller ; d'autres fois, le son était neutre et peu utile. Les volontaires devaient décider si la forme signalée était légèrement inclinée vers la gauche ou la droite. L'expérience a été menée sous quatre conditions différentes : dans certains essais, l'impulsion magnétique était délivrée juste au moment où la première forme apparaissait ; dans d'autres, elle frappait juste au moment de la deuxième forme ; dans certains cas, elle frappait les deux fois ; et dans un groupe témoin, aucune impulsion n'était délivrée. Crucialement, les volontaires ne pouvaient pas prédire quand l'impulsion aurait lieu, garantissant que leur état cérébral restait constant indépendamment de la stimulation. Pour vérifier que l'impulsion magnétique affectait réellement le cerveau, les chercheurs ont également surveillé la taille des pupilles des volontaires, qui se dilatent naturellement lorsque le cortex visuel est stimulé.

Les résultats étaient clairs et surprenants. Lorsque les volontaires recevaient un indice utile sur la forme à surveiller, ils performaient de manière significative, identifiant l'inclinaison plus précisément et réagissant plus rapidement. Cette amélioration, connue sous le nom de bénéfice de l'attention temporelle, se produisait de manière constante dans toutes les conditions. Plus important encore, les impulsions magnétiques délivrées au cortex visuel précoce n'ont pas diminué ce bénéfice. Que l'impulsion frappe la première forme, la seconde, les deux, ou aucune, la capacité des volontaires à se concentrer sur le moment correct dans le temps restait intacte. Les données ont montré que la capacité du cerveau à prioriser un moment spécifique dans le temps ne dépend pas du cortex visuel précoce. Les chercheurs ont confirmé que la stimulation fonctionnait comme prévu car les pupilles des volontaires se dilataient de manière significative lors de la délivrance des impulsions, prouvant que le tissu cérébral était affecté. Cependant, cette perturbation physiologique ne s'est pas traduite par un échec comportemental.

Ces découvertes suggèrent que la capacité du cerveau à se concentrer volontairement sur un moment spécifique du temps fonctionne indépendamment des centres de traitement visuel primaire. Au lieu de compter sur le cortex visuel précoce pour gérer le minutage de l'attention, le cerveau utilise probablement des régions de niveau supérieur, telles que des réseaux dans les zones frontale et cingulaire, pour sélectionner et protéger les informations pertinentes pour la tâche. Cette étude fournit la première preuve causale que, bien que le cortex visuel précoce soit essentiel pour voir, il n'est pas le moteur qui conduit notre horloge interne de l'attention. Le cerveau peut maintenir sa concentration temporelle même lorsque la zone de traitement visuel initiale est temporairement silencieuse, ce qui indique un système plus complexe et distribué pour gérer le moment où nous prêtons attention.