Décoder la neuroscience de la conscience

Dans les années 1990, la neuroscientifique Melvyn Goodale a commencé à étudier les personnes atteintes d'une affection appelée agnosie sous forme visuelle. De tels individus ne peuvent pas consciemment voir la forme ou l'orientation d'objets, mais agissent comme s'ils le pouvaient. «Si vous tenez un crayon devant eux et que vous leur demandez s’il est horizontal ou vertical, ils ne peuvent vous le dire», déclare Goodale, directeur fondateur du Brain and Mind Institute de la Western University à London, Canada. "Mais remarquablement, ils peuvent tendre la main et attraper ce crayon, orientant leur main correctement alors qu'ils tendent la main pour le toucher."

L’intérêt initial de Goodale portait sur la façon dont le cerveau traite la vision. Mais au fur et à mesure que son travail visant à documenter les deux systèmes visuels qui régissent la vue consciente et inconsciente progressait, il a attiré l’œil des philosophes, qui l’ont entraîné dans des discussions sur la conscience – une fusion de champs qui les a tous deux transformés.

Les techniques récemment développées pour mesurer l'activité cérébrale permettent aux scientifiques d'affiner leurs théories sur ce qu'est la conscience, comment elle se forme dans le cerveau et où se situent les limites entre être conscient et inconscient. Et à mesure que notre compréhension de la conscience s'améliore, certains chercheurs commencent à élaborer des stratégies pour sa manipulation, avec la possibilité de traiter les lésions cérébrales, les phobies et les problèmes de santé mentale tels que le trouble de stress post-traumatique (TSPT) et la schizophrénie.

Mais même si la recherche progresse et que les idées de la science et de la philosophie continuent de se fondre, des questions essentielles restent sans réponse. "La façon dont la conscience se passe est toujours fondamentalement mystérieuse", déclare Anil Seth, neuroscientifique cognitif et informaticien et codirecteur du Sackler Center for Consciousness Center de l'Université de Sussex à Brighton, au Royaume-Uni.

histoire de détective

La conscience est souvent décrite comme l’expérience subjective de l’esprit. Alors qu'un robot de base peut détecter inconsciemment des conditions telles que la couleur, la température ou le son, la conscience décrit le sentiment qualitatif associé à ces perceptions, ainsi que les processus plus profonds de réflexion, de communication et de pensée, déclare Matthias Michel, philosophe des sciences et Doctorant à l'Université de la Sorbonne à Paris.

Dès la seconde moitié du XIXe siècle, les scientifiques ont mis au point un programme d’étude de la conscience qui ressemble aux approches actuelles, explique Michel. Cependant, les recherches ont été bercées pendant une grande partie du XXe siècle, les psychologues ayant rejeté l’introspection pour se concentrer sur les comportements observables et les stimuli qui les avaient provoqués. Même dans les années 1970 et 1980, lorsque les sciences cognitives se sont établies, la conscience est restée un sujet de controverse parmi les scientifiques, qui se sont ouvertement demandé s'il s'agissait d'un domaine de recherche scientifique valable. Au début de sa carrière, le biologiste moléculaire et prix Nobel Francis Crick a voulu étudier la conscience, mais a plutôt choisi de travailler sur les mystères plus tangibles de l'ADN.

Des scientifiques éminents (dont Crick) ont finalement décidé de s’attaquer à la conscience, ce qui a entraîné un changement de mentalité dans les années 90, alimenté par la disponibilité croissante de technologies de balayage cérébral telles que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et l’électroencéphalographie (EEG). ). À ce stade, les scientifiques se sont finalement lancés dans une recherche majeure des mécanismes cérébraux associés au traitement conscient des informations.

Une succession de percées a suivi, notamment le cas d'une femme de 23 ans qui a subi une grave lésion cérébrale lors d'un accident de voiture en juillet 2005, qui l'a laissée dans un état de non-réactivité, également connu sous le nom d'éveil éveillé. Elle pouvait ouvrir les yeux et exposer des cycles de sommeil et de veille, mais ne répondait pas aux ordres et ne montrait aucun signe de mouvement volontaire. Elle ne répondait toujours pas cinq mois plus tard. Dans une étude inédite, Adrian Owen, neuroscientifique à l’Université de Cambridge, au Royaume-Uni, et maintenant à l’Université Western, et ses collègues ont observé la femme qui utilisait l’IRMf en lui donnant une série de commandes verbales.. Lorsque l'équipe lui a demandé d'imaginer en train de jouer au tennis, ils ont observé une activité dans une partie de son cerveau appelée zone motrice supplémentaire. Lorsqu'ils lui ont demandé d'imaginer marcher chez elle, l'activité s'est accélérée dans trois zones du cerveau associées au mouvement et à la mémoire. Les chercheurs ont observé les mêmes tendances chez des volontaires en bonne santé auxquels des instructions identiques avaient été données.

La découverte que certaines personnes dans le coma présentent des signes de conscience transformait la neuroscience, dit Seth. Le travail a suggéré que certaines personnes pourraient comprendre la parole et éventuellement communiquer, même lorsqu'elles semblaient ne pas répondre aux médecins et aux membres de la famille.

Depuis la publication de l’étude de Owen, les enquêtes sur les personnes atteintes de lésions cérébrales ont permis de mieux prouver que la conscience est détectable chez 10 à 20% des personnes non réactives. En 2010, une étude utilisant l'IRMf pour surveiller les cerveaux de 54 personnes en Belgique et au Royaume-Uni souffrant de lésions cérébrales graves. Cinq ont montré des signes de réactivité du cerveau quand on leur a demandé d’imaginer jouer au tennis ou se promener dans leur maison ou leur ville, selon un protocole similaire à celui établi par l’équipe d’Owen cinq ans plus tôt. Deux de ces cinq personnes n'ont démontré aucune sensibilisation aux évaluations conventionnelles au chevet des patients.

Les scientifiques ont également commencé à tester des moyens de détecter la conscience sans avoir à donner des instructions verbales. Dans une série d’études commencée en 2013, le neuroscientifique Marcello Massimini de l’Université de Milan et ses collègues ont utilisé la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) pour créer des «échos» électriques dans le cerveau pouvant être enregistrés à l’aide de l’EEG. Cette technique s'apparente à frapper au cerveau, de la même manière qu'une personne peut frapper un mur pour en mesurer l'épaisseur, explique Martin Monti, neuroscientifique à l'Université de Californie à Los Angeles. Alors qu'une personne est sous anesthésie générale ou dans un sommeil sans rêves, les échos produits sont simples. Mais dans le cerveau conscient, les échos sont complexes et s'étendent largement sur la surface du cortex cérébral (la couche externe du cerveau). Le travail pourrait éventuellement déboucher sur un outil capable de détecter la conscience même chez les personnes qui ne peuvent pas voir, entendre ou répondre à des ordres verbaux.

Emplacement, emplacement, emplacement

Alors que les scientifiques sont devenus plus aptes à détecter la conscience, ils ont commencé à déterminer quelles régions et quels circuits du cerveau sont les plus importants. Mais il y a encore beaucoup de débats sur ce qui constitue la conscience en termes neuronaux, avec un désaccord particulier sur les processus et les régions du cerveau qui importent le plus.

Depuis au moins le dix-neuvième siècle, les scientifiques savent que le cortex cérébral est important pour la conscience. De nouvelles preuves ont mis en évidence une «zone chaude» postéro-corticale responsable des expériences sensorielles. Par exemple, dans une étude sur le sommeil en 2017, les chercheurs ont réveillé les gens toute la nuit tout en les surveillant avec EEG. Environ 30% du temps, les participants saccadés du sommeil ont déclaré ne rien ressentir juste avant de se réveiller. L'étude a montré que les personnes sans expériences conscientes pendant le sommeil avaient beaucoup d'activité à basse fréquence dans la région postéro-corticale de leur cerveau avant le réveil. Les personnes qui ont déclaré rêver avaient cependant une activité moins fréquente et une activité plus fréquente. En conséquence, les chercheurs suggèrent qu’en observant la zone chaude postéro-corticale d’une personne pendant son sommeil, il serait possible de prédire s’ils rêvaient – et même le contenu spécifique de leurs rêves, y compris les visages, la parole et les mouvements.

Cependant, il est devenu de plus en plus clair que la conscience ne se limite pas à une seule région du cerveau. Différentes cellules et voies sont engagées, en fonction de ce qui est perçu ou du type de perception impliqué. L'étude de la coordination de la signalisation neuronale pourrait aider les chercheurs à trouver des signatures de conscience fiables. Dans une étude réalisée en 2019 auprès de 159 personnes et portant sur des données IRMf, les chercheurs ont découvert que, chez les individus en bonne santé et sous anesthésie, le cerveau de ceux-ci présentait des schémas plus complexes de signalisation coordonnée, qui changeaient également constamment..

Beaucoup d'inconnues restent. Les scientifiques ne sont pas d’accord sur la façon dont les résultats des études doivent être interprétés et il est difficile de mesurer si une personne est «en dehors» de la conscience est un défi qui diffère de celui de savoir ce qui se passe dans le cerveau lorsqu’il prend conscience de différents types d’informations. Néanmoins, les études sur les fonctions cérébrales à différents niveaux de conscience commencent à offrir d'autres façons de voir le cerveau à un niveau mécaniste. Selon Seth, l’espoir est que les chercheurs en conscience puissent «passer à une sorte de psychiatrie plus du XXIe siècle, où nous pouvons intervenir plus spécifiquement dans les mécanismes de résolution de symptômes spécifiques».

Bricoler et traiter

Des tentatives d'intervention sont en cours et les personnes atteintes de lésions cérébrales pourraient être parmi les premières à en bénéficier. Sur la base de recherches indiquant que le thalamus joue un rôle important dans la conscience, par exemple, Monti et ses collègues ont expérimenté une technique non invasive utilisant des ultrasons pour stimuler cette région du cerveau chez les personnes atteintes de lésions cérébrales.

Ils ont effectué leur test initial de la procédure sur un homme de 25 ans qui était dans le coma après un accident de voiture 19 jours plus tôt. Au bout de 3 jours, l’homme a retrouvé sa capacité à comprendre le langage, à répondre aux ordres et à répondre par «oui» à aucune question par des gestes de tête. Cinq jours plus tard, il essayait de marcher.

Le rapport de cas, publié en 2016, indique clairement que sa guérison aurait pu être une coïncidence – des personnes sortent souvent du coma spontanément. Mais des travaux de suivi non publiés suggèrent que l'approche par échographie a probablement un impact. L’équipe de Monti a depuis procédé à la procédure de stimulation du thalamus chez un homme souffrant de lésion cérébrale et impliqué dans un accident de voiture plusieurs années auparavant. Le patient était depuis longtemps dans un état de conscience minimale, dans lequel les gens montrent des signes de conscience de leur environnement ou d'eux-mêmes. Plusieurs jours après le traitement expérimental, la femme de l’homme lui a demandé s’il reconnaissait certaines personnes sur des photographies de famille. Il était capable de répondre de manière fiable à oui en levant les yeux, et non en baissant les yeux. Monti se souvient d'avoir rendu visite au patient et à sa femme peu de temps après la procédure. «Elle m'a regardé et elle n'a même pas dit bonjour. Elle a dit: "Je veux plus", dit Monti. C’était la première fois qu’elle avait une conversation avec son mari depuis l’accident.

Monti et ses collègues ont trouvé des résultats tout aussi encourageants chez plusieurs autres personnes dans le coma persistant, mais il est difficile de savoir si les avantages durent plus de quelques semaines avant que les bénéficiaires ne retrouvent leur état d'origine. Les travaux de l’équipe sont en cours et les chercheurs tentent maintenant de déterminer si des traitements répétés prolongeront les bénéfices. «Je pense vraiment que cela va s'avérer un moyen possible d'aider les patients à se rétablir», a déclaré Monti. «Quelqu'un a déjà qualifié cela de démarrer le cerveau. Nous n’avons pas tout à fait démarré, mais la métaphore est valide. "

Des percées supplémentaires dans les mécanismes de la conscience pourraient conduire à de meilleurs traitements de l’anxiété, des phobies et du SSPT, suggère le travail de Hakwan Lau, neuroscientifique à l’Université de Californie à Los Angeles, et ses collègues. L’approche standard pour traiter les peurs est la thérapie par exposition, qui pousse les gens à faire face de manière répétée à ce qui leur fait le plus peur. Mais ce traitement est désagréable et les taux d'abandon scolaire peuvent atteindre 50% ou plus.

Au lieu de cela, l’équipe de Lau tente de reprogrammer l’inconscient en utilisant une technique basée sur l’IRMf qui récompense les personnes qui activent des régions spécifiques du cerveau. Dans un essai à double insu, les chercheurs ont demandé à 17 personnes de créer un point sur un écran d'ordinateur plus grand, en utilisant n'importe quelle stratégie mentale.. Plus ils pourraient gagner gros, plus ils seraient payés pour avoir terminé l'étude. Les participants pouvaient penser à ce qu'ils voulaient. Ce qu’ils ne savaient pas, c’est que le point ne s’étendrait que lorsqu’ils activeraient des parties de leur cerveau qui, selon des observations antérieures faites par un groupe plus large de personnes, deviendraient actifs en voyant des images d’animaux dont ils étaient originaires. peur, comme les araignées ou les serpents.

Au fil du temps, les participants sont devenus plus aptes à activer les parties correctes de leur cerveau, mais sans penser sciemment aux créatures suscitant la peur. Après l’expérience, la transpiration des paumes des personnes – un trait qui reflète leur niveau de stress – en réponse à la vue de ces animaux, a été réduite. L'activation de l'amygdale, une région du cerveau qui réagit aux menaces, a également été réduite. La technique semblait avoir reprogrammé les réactions de peur du cerveau en dehors de la prise de conscience des participants.

Lau et ses collègues testent la procédure sur des phobies et espèrent éventuellement l'utiliser pour traiter le SSPT. Mais la technique a une limite considérable. Malgré la diminution des symptômes physiques, cela ne semble pas affecter la perception des araignées et des serpents. "Si vous demandez aux patients s'ils ont réellement peur", dit Lau, "ils disent oui."

En fin de compte, s'attaquer à la peur pourrait nécessiter de cibler à la fois les voies inconscientes et conscientes, qui agissent de différentes manières dans le cerveau, explique Joseph LeDoux, neuroscientifique à la New York University de New York. La voie inconsciente, dit-il, émerge de l'amygdale. Mais il suggère que ces réactions figées aux menaces ne doivent pas du tout être considérées comme de la peur. Au lieu de cela, l'expérience consciente de la peur provient de la conscience cognitive et de l'interprétation émotionnelle d'une situation. Les expériences qui en résultent ne sont pas centrées sur l'amygdale. LeDoux dit que la différence est évidente chez les personnes aveugles, qui ne peuvent pas percevoir consciemment des stimuli visuels mais agissent comme si elles le pouvaient. Lorsqu'on leur présente une menace, ils manifestent une activité dans l'amygdale ainsi que des réactions physiques. Mais ils ne disent pas avoir eu peur.

Cette déconnexion pourrait également donner une idée de la raison pour laquelle les médicaments actuels contre l'anxiété ne fonctionnent pas toujours aussi bien que les gens l'espèrent, dit LeDoux. Développés à la suite d’études sur des animaux, ces médicaments pourraient cibler les circuits de l’amygdale et affecter les comportements d’une personne, tels que son degré de timidité, ce qui les rend plus faciles à assister à des événements sociaux. Mais ces médicaments n’affectent pas nécessairement l’expérience consciente de la peur, ce qui suggère que les futurs traitements pourraient devoir traiter séparément les processus inconscients et conscients. «Nous pouvons adopter une approche basée sur le cerveau qui considère ces différents types de symptômes comme des produits de différents circuits et concevoir des thérapies qui ciblent systématiquement les différents circuits», a-t-il déclaré. "Baisser le volume ne change pas le morceau, seulement son niveau."

Les troubles psychiatriques sont un autre domaine d’intérêt pour les chercheurs en conscience, dit Lau, car certains problèmes de santé mentale, tels que la schizophrénie, les troubles obsessionnels compulsifs et la dépression, pourraient être causés par des problèmes au niveau inconscient, voire par des conflits entre consciences. et des voies inconscientes. Le lien n’est pour l’hypothèse que jusqu’à présent hypothétique, mais Seth a exploré la base neuronale des hallucinations avec une «machine à hallucination» – un programme de réalité virtuelle qui utilise l’apprentissage automatique pour simuler des expériences hallucinatoires visuelles chez des personnes ayant un cerveau en bonne santé. Grâce à des expériences, ses collègues et lui-même ont montré que ces hallucinations ressemblaient aux types de visions que les gens éprouvent en prenant des drogues psychédéliques, qui sont de plus en plus utilisés comme outils pour étudier les fondements neuraux de la conscience.

Si les chercheurs peuvent découvrir les mécanismes derrière les hallucinations, ils pourront peut-être manipuler les zones pertinentes du cerveau et, à leur tour, traiter la cause sous-jacente de la psychose – plutôt que de simplement traiter les symptômes. En montrant à quel point il est facile de manipuler les perceptions des gens, ajoute Seth, le travail suggère que notre sens de la réalité n’est qu’un autre aspect de notre expérience du monde.

En quête de légitimité

Chaque année, des dizaines de milliers de personnes aux États-Unis deviennent conscientes sous anesthésie générale. Ils ne peuvent ni bouger ni parler, mais ils pourraient peut-être entendre des voix ou des bruits d'équipement et ressentir de la douleur. L'expérience peut être traumatisante et lourde de conséquences éthiques et juridiques pour les médecins qui les soignent. Certains scientifiques s'emploient à promouvoir des lignes directrices pour la communication avec les patients qui ne répondent pas, ainsi que des moyens de rechercher des signes d'inconfort chez ces personnes. Et ils demandent instamment que soient améliorées la formation et les lois afin de faire face à la possibilité que d’autres méthodes de détection de la conscience modifient la définition du consentement éclairé pour les procédures médicales.

Les chercheurs commencent également à faire pression pour une meilleure communication avec le public sur ce que la science de la conscience peut et ne peut pas réaliser. Michel affirme que les affirmations non étayées par des données empiriques se sont multipliées dans les recherches sur la conscience. L'une, en particulier, appelée théorie intégrée de l'information, a bénéficié de beaucoup de financements privés et de l'attention des médias, même si elle a été écartée par lui et d'autres experts du domaine. Dans une enquête informelle menée auprès de 249 chercheurs en 2018, Michel et ses collègues ont constaté qu'environ 22% de ceux qui n'avaient pas publié de documents ni assisté à de grandes réunions sur la conscience – et qui étaient donc considérés comme des non-experts – une théorie de l'information intégrée fiable.. Michel soupçonne qu’un «effet guru» pourrait être à blâmer, les non-experts pensant que les déclarations complexes et obscures faites par des personnes intelligentes qui font autorité en matière de projets ont plus de chances d’être vraies que des idées plus simples. "Dans un sens, l'apparente complexité de la théorie est utilisée comme indicateur de sa probabilité d'être vraie", explique Michel. "Ils ne le comprennent pas vraiment, mais ils finissent par croire que s’ils le comprenaient, ils le considéreraient probablement comme la bonne théorie de la conscience."

Afin de renforcer la légitimité de la science de la conscience et d'encourager l'acceptation des idées fondées sur des preuves, lui et un groupe de 57 collègues appartenant à diverses disciplines – parmi lesquels Seth, Lau, Goodale et LeDoux – ont suivi l'étude informelle d'un article de 2019 qui passait en revue l'état du terrain. Ses conclusions étaient mitigées. La recherche sur la conscience n’est pas encore reconnue comme un domaine stratégique par l’Institut national de la santé mentale des États-Unis, ont-ils écrit. La création d'emplois sur le terrain a pris du retard par rapport aux autres disciplines naissantes telles que la neuroéconomie et les neurosciences sociales. Et le financement public, en particulier aux États-Unis, a été relativement rare. Mais certains domaines attirent de plus en plus l'attention. Depuis le milieu des années 2000, les National Institutes of Health des États-Unis ont octroyé plusieurs subventions importantes afin de soutenir des recherches portant notamment sur les différences neurologiques entre conscience et être dans le coma, ou être éveillé et endormi. De telles études pourraient offrir une fenêtre sur les signatures neurales de la conscience. Quelques grandes fondations et organisations philanthropiques privées soutiennent également la recherche sur les grandes idées en conscience, dit Goodale, qui reçoit des fonds de l'un de ces organismes de bienfaisance, l'Institut canadien de recherches avancées à Toronto.

À mesure que le financement et les publications s'accumulent, les scientifiques sont de plus en plus en mesure de faire des recherches sur la conscience un élément raisonnable – sinon central – de leur plan de recherche, dit Seth. «Il y a eu une assimilation générale de la conscience dans la pratique courante des neurosciences, de la psychologie et de la médecine», dit-il. "Il est devenu plus normalisé, ce qui est une bonne chose."