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Étude : La sensibilité du réseau neuronal influence la réaction du cerveau au stimulus

Bruissant des lames, pluie légère à l'hublot, une horloge tranquillement de coutil - sons insonorisés, juste au-dessus du seuil de l'audition. Un moment nous les percevons, le prochain nous ne faisons pas, même si nous, ou les sons, ne semblent pas changer.

Beaucoup d'études ont prouvé que nous ne traitons jamais un stimulus entrant, que ce soit un son, une image, ou un contact, de la même manière. C'est vrai, même si le stimulus est exact identique. Ceci se produit parce que le choc qu'un stimulus effectue, sur les régions du cerveau qui le traitent, dépend de la condition momentanée des réseaux ces régions du cerveau appartiennent à.

Cependant, les facteurs qui influencent et sont à la base de la condition momentanée continuellement de fluctuation des réseaux et si ces conditions sont faites au hasard ou suivent un rythme étaient précédemment inconnus.

Maintenant, les scientifiques au Max Planck Institute pour cognitif humain et les sciences du cerveau (MPI CBS) à Leipzig, Allemagne, ont découvert que la sensibilité de la condition de réseau, lorsque l'information liée au stimulus atteint le cortex cérébral, des influences comment fortement le cerveau réagit au stimulus.

Selon la condition de réseau, certaines cellules nerveuses dans ce soi-disant cortex somatosensoriel primaire peuvent être plus ou moins « excitable », qui forme le stimulus suivant traitant dans le cerveau.

Ceci signifie que la réaction du cerveau est modulée déjà à l'entrée au cortex cérébral et dépend de plus que comment le stimulus est évalué à plus haut, les niveaux en aval.

« Il y a toujours une activité entre les neurones d'un réseau, même s'il n'y a apparemment aucune influence externe sur nous. Ainsi, le système n'est jamais complet toujours ou inactif, » explique le stagiaire de Tilman Stephani, de PhD au MPI CBS et le premier auteur de l'étude, qui a maintenant été publiée dans le tourillon de la neurologie.

En revanche, l'information surgit continuellement, de l'intérieur du fuselage au sujet de notre battement du coeur, digestion, ou respiration, informations sur notre position dans l'espace, la température, et des pensées intérieurement produites. De plus, l'activité neuronale intrinsèque se produit même si des réseaux neuronaux sont isolés dans n'importe quelle entrée. Ceci affecte continuellement l'excitabilité des réseaux variés de cerveau.

La dynamique des procédés internes sont ainsi associées à l'excitabilité du système et pour cette raison, aussi la réaction de stimulus. Ainsi, le cerveau ne semble pas fonctionner comme un ordinateur où la même information entrante signifie toujours la même réaction. »

Tilman Stephani, auteur d'étude premier et stagiaire de PhD, Max Planck Institute pour cognitif humain et sciences du cerveau

Il s'avère que les variations de l'excitabilité corticale ne se produisent pas complet au hasard mais montrent plutôt une certaine configuration temporelle : L'excitabilité à un moment dépend des conditions précédentes de réseau et influence les suivants. Les scientifiques se réfèrent à ceci en tant que la dépendance temporelle à longue portée ou autocorrélation durable.

Le fait que l'excitabilité corticale varie de cette voie spéciale propose que des réseaux neuronaux soient portés en équilibre à une soi-disant condition « critique », où il y a un reste fragile entre l'excitation et l'inhibition du réseau. Des études théoriques et empiriques plus tôt ont indiqué qu'une telle « criticalité » peut être un fonctionnement du cerveau fondamental de principe principal où la boîte de vitesses et la capacité de l'information sont maximisées.

Stephani et collègues fournissent maintenant la preuve que ce principe peut régir la variabilité des réactions sensorielles de cerveau dans l'esprit humain, aussi. Vraisemblablement, ceci sert de mécanisme adaptatif du cerveau pour satisfaire à la variété d'informations qui obtient continuellement de l'environnement. Un stimulus unique ne devrait ni exciter le système entier immédiatement ni se faner loin trop rapidement.

Cependant, il est encore inconnu si une excitabilité plus grande mène à une expérience plus saillante. En d'autres termes, les participants à l'étude perçoivent-ils l'intensité des stimulus différents selon l'excitabilité instantanée ? Ceci maintenant est vérifié dans une deuxième étude. « Mais d'autres procédés peuvent également jouer un rôle ici, » explique Stephani.

« Attention, par exemple. Si vous la dirigez vers autre chose, un premier, réaction intense de cerveau peut encore se produire. Cependant, des procédés plus élevés de cerveau en aval peuvent alors l'empêcher d'être consciemment perçue. »

Les expériences ont été effectuées en examinant la réaction des cerveaux des participants aux milliers de petits courants électriques successifs. Ces stimulus ont été appliqués aux avant-bras des participants pour stimuler le nerf principal dans l'arme.

Ceci, à leur tour, a produit une première réaction pendant 20 millisecondes plus tard dans une région du cerveau spécifique, le cortex somatosensoriel. Basé sur les configurations évoquées d'EEG, elles pouvaient voir comment facilement chaque stimulus individuel a excité le cerveau.

Source:
Journal reference:

Stephani, T., et al. (2020) Temporal signatures of criticality in human cortical excitability as probed by early somatosensory responses. Journal of Neuroscience. doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0241-20.2020.