Attention modulates cortical and subcortical responses to auditory deviance: An EEG-pupillometry study in healthy adults

Imaginez que votre cerveau soit une ville en pleine effervescence avec deux types de gardes de sécurité bien distincts. Un garde, le « Garde Cortical », vit dans la luxueuse tour de bureaux au sommet de la ville. Ce garde est très intelligent mais aussi très exigeant ; il ne prête attention qu'aux choses si vous les cherchez activement ou si elles correspondent à un schéma spécifique que vous étudiez. L'autre garde, le « Garde Subcortical », vit au sous-sol. Il est moins porté sur les schémas complexes et davantage sur l'alerte brute et immédiate. Il est relié au système d'alarme de la ville, qui inclut vos pupilles (les centres noirs de vos yeux). Lorsque quelque chose de surprenant se produit, même si vous ne le regardez pas directement, l'alarme se déclenche et vos pupilles se dilatent (s'élargissent) pour laisser entrer plus de lumière et d'informations. Les scientifiques se demandent depuis longtemps : si vous êtes occupé à faire autre chose, comme regarder un film, le garde du sous-sol remarque-t-il quand même un bruit étrange dans le couloir, ou le manque d'attention du garde du bureau éteint-il tout le système ?

Cette question est cruciale car elle nous aide à comprendre comment nous survivons. Nous devons nous concentrer sur nos tâches, mais nous devons aussi rester en sécurité face aux menaces soudaines en arrière-plan. Le cerveau utilise un système chimique spécial (impliquant une minuscule structure appelée locus coeruleus) pour gérer cet équilibre. Bien que nous ne puissions pas facilement jeter un coup d'œil à l'intérieur du sous-sol du cerveau pour voir les gardes, nous pouvons mesurer leur travail en observant les ondes cérébrales (signaux électriques du bureau) et la taille des pupilles (le système d'alarme du sous-sol). Cette étude demande : si l'on distrait le cerveau avec une tâche visuelle, est-ce que les deux gardes réagissent encore à un son bizarre, ou est-ce qu'un seul d'entre eux le fait ?

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L'Expérience : Un conte de deux tâches

Pour trouver la réponse, des chercheurs ont invité 26 adultes en bonne santé dans un laboratoire et les ont installés dans une pièce confortable et sombre. Ils portaient un casque et une casquette spéciale qui enregistrait leurs ondes cérébrales, tandis qu'une caméra suivait les mouvements de leurs yeux. Les participants devaient écouter une série de bips joués par des écouteurs. Ces bips arrivaient par groupes de cinq. Parfois, les cinq bips étaient identiques (comme bip-bip-bip-bip-bip). D'autres fois, le dernier bip était différent (comme bip-bip-bip-bip-BOUP).

Les chercheurs ont mis en place deux scénarios différents pour tester l'attention des participants :

1. La Tâche de Comptage (Focus Actif) : Dans le premier tour, on a dit aux participants de compter silencieusement combien de fois le son « BOUP » se produisait. Ils devaient prêter une attention soutenue aux sons.
2. La Tâche d'Interférence Visuelle (Distraction) : Dans le second tour, les sons jouaient en arrière-plan, mais les participants devaient les ignorer. Au lieu de cela, ils devaient regarder un écran et appuyer sur un bouton chaque fois qu'une forme spécifique (un cercle) apparaissait parmi d'autres formes. Leur attention était pleinement portée sur les yeux, et non sur les oreilles.

Les chercheurs cherchaient deux types de « surprise » :

• Surprise Locale : Entendre simplement un changement de hauteur de ton (le BOUP dans la séquence).
• Surprise Globale : Réaliser que le schéma de l'ensemble du groupe de sons était différent de ce qui était attendu (par exemple, réaliser que toute la séquence était une « briseuse de règles »).

Ce que les ondes cérébrales et les pupilles ont révélé

Les résultats ont dressé un tableau fascinant de la manière dont les deux « gardes » se comportent lorsque le cerveau est occupé.

Quand le cerveau était concentré (Tâche de Comptage) :
Le garde du bureau et le garde du sous-sol étaient tous deux bien réveillés.

• Les Ondes Cérébrales (Garde du Bureau) : Lorsqu'un son surprenant se faisait entendre, les ondes cérébrales montraient un pic important et net. Cela se produisait aussi bien pour le simple changement de hauteur (local) que pour la rupture de schéma (global). Le signal était fort et facile à voir, particulièrement à l'arrière de la tête.
• Les Pupilles (Garde du Sous-sol) : Les pupilles réagissaient également fortement. Elles devenaient plus grosses (se dilataient) lorsqu'un son surprenant se produisait. Cette dilatation était significative tant pour le simple changement de hauteur que pour la rupture de schéma complexe.

Quand le cerveau était distrait (Tâche d'Interférence Visuelle) :
C'est ici que l'histoire devient intéressante. Les deux gardes ont commencé à agir de manière très différente.

• Les Ondes Cérébrales (Garde du Bureau) : Le garde du bureau est pratiquement entré en grève. Pendant que les participants regardaient l'écran, les ondes cérébrales qui signalaient habituellement une « rupture de schéma » (surprise globale) ont complètement disparu. Ils étaient trop occupés pour remarquer la violation de règle complexe. Même le simple changement de hauteur (local) était à peine visible, ne montrant qu'une réaction infime et éphémère. Le traitement complexe de niveau supérieur semblait s'évanouir lorsque l'attention était détournée.
• Les Pupilles (Garde du Sous-sol) : Le garde du sous-sol, cependant, refusait d'être ignoré. Même si les participants étaient distraits, leurs pupilles devenaient quand même plus grosses lorsqu'ils entendaient un son surprenant.
  • Pour le simple changement de hauteur (local), les pupilles se dilataient toujours, bien que la réaction soit un peu plus faible qu'auparavant.
  • Pour la rupture de schéma complexe (globale), les pupilles se dilataient toujours de manière significative. Les données montraient que même quand les ondes cérébrales disaient « rien ne se passe », les pupilles disaient : « Hé, quelque chose de bizarre vient de se produire ! »

La Grande Conclusion

L'étude suggère que notre cerveau possède une personnalité partagée lorsqu'il s'agit de remarquer les surprises. La partie du cerveau qui génère les grands signaux électriques (l'ERP/P300) est très dépendante de notre attention. Si vous êtes occupé à faire autre chose, cette partie du cerveau cesse de traiter les schémas complexes.

Cependant, le système qui contrôle nos pupilles (lié à nos systèmes d'éveil et d'alerte) est beaucoup plus robuste. Il semble maintenir une surveillance de bas niveau sur l'environnement, même lorsque nous sommes distraits. Les pupilles peuvent encore détecter que quelque chose est « décalé », même quand la partie électrique et consciente du cerveau est trop occupée.

Les chercheurs précisent avec prudence que cela ne signifie pas que les pupilles « réfléchissent » ou que nous sommes consciemment conscients du son. Cela suggère plutôt que le système d'alerte automatique du corps (la réponse pupillaire) est plus résilient à la distraction que le système d'analyse détaillée du cerveau (les ondes EEG). C'est comme avoir une caméra de surveillance qui continue d'enregistrer même si le garde de sécurité dans la tour s'est endormi ; l'alarme se déclenche quand même, même si le garde ne sait pas pourquoi.

En résumé, alors que notre attention consciente est une ressource limitée qui peut être facilement détournée, le système d'alerte automatique de notre corps garde un œil vigilant sur le monde, prêt à élargir nos pupilles et à nous préparer à l'action, même lorsque nos esprits sont ailleurs.