Que fait votre cerveau lorsque vous ne faites rien | Magazine Quanta

Chaque fois que vous effectuez activement une tâche, par exemple soulever des poids au gymnase ou passer un examen approfondi, les parties de votre cerveau nécessaires à son exécution deviennent « actives » lorsque les neurones intensifient leur activité électrique. Mais votre cerveau est-il actif même lorsque vous êtes assis sur le canapé ?

La réponse, selon les chercheurs, est oui. Au cours des deux dernières décennies, ils ont défini ce que l'on appelle le réseau en mode par défaut, un ensemble de zones du cerveau apparemment sans rapport qui s'activent lorsque vous ne faites pas grand-chose. Sa découverte a permis de mieux comprendre comment le cerveau fonctionne en dehors de tâches bien définies et a également donné lieu à des recherches sur le rôle des réseaux cérébraux – et pas seulement des régions du cerveau – dans la gestion de notre expérience interne.

À la fin du XXe siècle, les neuroscientifiques ont commencé à utiliser de nouvelles techniques pour prendre des images du cerveau des personnes alors qu'elles effectuaient des tâches dans des scanners. Comme prévu, l'activité dans certaines zones du cerveau a augmenté au cours des tâches et, à la surprise des chercheurs, l'activité dans d'autres zones du cerveau a diminué simultanément. Les neuroscientifiques ont été intrigués par le fait que lors d’une grande variété de tâches, les mêmes zones cérébrales ralentissaient systématiquement leur activité.

C'était comme si ces zones avaient été actives lorsque la personne ne faisait rien, puis s'étaient éteintes lorsque l'esprit devait se concentrer sur quelque chose d'extérieur.

Les chercheurs ont qualifié ces domaines de « tâches négatives ». Lorsqu'ils ont été identifiés pour la première fois, Marcus Raichle, neurologue à la faculté de médecine de l'université de Washington à Saint-Louis, soupçonne que ces zones où les tâches sont négatives jouent un rôle important dans le repos de l'esprit. "Cela a soulevé la question de savoir 'Quelle est l'activité cérébrale de base ?'", se souvient Raichle. Dans une expérience, il a demandé aux personnes utilisant des scanners de fermer les yeux et de simplement laisser leur esprit vagabonder pendant qu'il mesurait leur activité cérébrale.

Il a découvert qu’au repos, lorsque nous nous tournons mentalement vers l’intérieur, les zones où les tâches sont négatives consomment plus d’énergie que le reste du cerveau. Dans un article de 2001, il a qualifié cette activité de «Un mode de fonctionnement du cerveau par défaut.» Deux ans plus tard, après avoir généré des données à plus haute résolution, une équipe de la faculté de médecine de l'université de Stanford a découvert que cette activité négative définit un réseau cohérent de régions cérébrales en interaction, qu'ils ont appelé le réseau en mode par défaut.

La découverte du réseau en mode par défaut a suscité la curiosité des neuroscientifiques quant à ce que fait le cerveau en l’absence d’une tâche tournée vers l’extérieur. Même si certains chercheurs pensaient que la fonction principale du réseau était de générer notre expérience d'errance mentale ou de rêverie, il existait de nombreuses autres conjectures. Peut-être que cela contrôlait les flux de conscience ou activait les souvenirs d’expériences passées. Et le dysfonctionnement du réseau en mode par défaut a été présenté comme une caractéristique potentielle de presque tous les troubles psychiatriques et neurologiques, y compris la dépression, la schizophrénie et la maladie d'Alzheimer.

Depuis lors, de nombreuses recherches sur le mode par défaut ont compliqué cette compréhension initiale. "Il a été très intéressant de voir les types de tâches et de paradigmes différents qui engagent le réseau en mode par défaut au cours des 20 dernières années", a déclaré Lucina Uddin, neuroscientifique à l'Université de Californie à Los Angeles.

Le mode par défaut a été l’un des premiers réseaux cérébraux caractérisés par la science. Il se compose d'une poignée de régions cérébrales, dont quelques-unes à l'avant du cerveau, comme les cortex préfrontal médial dorsal et ventral, et d'autres dispersées dans tout l'organe, comme le cortex cingulaire postérieur, le précuneus et le gyrus angulaire. Ces régions sont associées à la mémoire, à la répétition de l'expérience, à la prédiction, à la considération de l'action, à la récompense/punition et à l'intégration de l'information. (La mise en évidence colorée dans la figure suivante indique certaines des zones externes du cerveau qui deviennent plus actives lorsque le réseau par défaut s'engage.)

Depuis sa découverte, les neuroscientifiques ont vaguement identifié une poignée de réseaux distincts supplémentaires qui activent chacun des zones apparemment disparates du cerveau. Ces zones activées n'agissent pas indépendamment, mais s'harmonisent plutôt de manière synchronisée les unes avec les autres. « On ne peut pas imaginer un orchestre symphonique uniquement avec des violons ou des hautbois », a déclaré Raichle. De même, dans un réseau cérébral, les différentes parties interagissent pour provoquer des effets qu’elles ne peuvent produire qu’ensemble.

Selon les recherches, les effets du réseau en mode par défaut incluent l'errance mentale, la mémorisation d'expériences passées, la réflexion sur l'état mental des autres, la vision de l'avenir et le traitement du langage. Bien que cela puisse ressembler à un sac à main d’aspects de la cognition sans rapport avec eux, Vinod Menon, directeur du laboratoire de neurosciences cognitives et systémiques de Stanford, a récemment émis l'hypothèse que toutes ces fonctions pourraient être utiles dans construire un récit interne. Selon lui, le réseau en mode par défaut vous aide à réfléchir à qui vous êtes par rapport aux autres, à vous souvenir de vos expériences passées, puis à résumer tout cela dans un récit personnel cohérent.

Le mode par défaut prépare clairement quelque chose de compliqué ; il est impliqué dans de nombreux processus différents qui ne peuvent pas être décrits avec précision. "C'est un peu idiot de penser que nous allons un jour dire : 'Cette région cérébrale ou ce réseau cérébral fait une chose'", a déclaré Uddin. "Je ne pense pas que ce soit comme ça que ça marche."

Uddin a commencé à enquêter sur le réseau en mode par défaut parce qu'elle s'intéressait à l'auto-reconnaissance, et de nombreuses tâches d'auto-reconnaissance, telles que l'identification de votre propre visage ou de votre propre voix, semblaient être associées au réseau. Ces dernières années, elle a porté son attention sur les interactions entre les réseaux cérébraux. Tout comme différentes zones du cerveau interagissent les unes avec les autres pour former des réseaux, différents réseaux interagissent les uns avec les autres de manière significative, a déclaré Uddin. "Les interactions en réseau sont plus éclairantes à étudier à certains égards qu'un simple réseau isolé, car elles travaillent ensemble, puis se séparent et changent ensuite ce qu'elles font au fil du temps."

Elle s'intéresse particulièrement à la façon dont le réseau en mode par défaut interagit avec le réseau de saillance, ce qui semble nous aider à identifier l’information la plus pertinente à un moment donné. Son travail suggère que le réseau de saillance détecte quand il est important de prêter attention à quelque chose et agit ensuite comme un interrupteur pour le réseau en mode par défaut.

Les chercheurs ont également examiné si les troubles de santé mentale comme la dépression pouvaient être liés à des problèmes avec le réseau en mode par défaut. Jusqu’à présent, les résultats n’ont pas été concluants. Chez les personnes souffrant de dépression, par exemple, certains chercheurs ont constaté que les nœuds du réseau sont trop connectés, tandis que d’autres ont constaté le contraire : que les nœuds ne parviennent pas à se connecter. Et dans certaines études, le réseau en mode par défaut lui-même n'est pas anormal, mais ses interactions avec d'autres réseaux le sont. Ces résultats peuvent sembler incompatibles, mais ils concordent avec les résultats récents selon lesquels la dépression est peut-être un groupe de troubles différents qui présentent des symptômes similaires.

Parallèlement, Menon a développé ce qu'il appelle le théorie des triples réseaux. Il postule que des interactions anormales entre le réseau du mode par défaut, le réseau de saillance et un troisième réseau appelé réseau frontopariétal pourraient contribuer à des troubles de santé mentale, notamment la schizophrénie, la dépression, l’anxiété, la démence et l’autisme. Généralement, l’activité du réseau en mode par défaut diminue lorsqu’une personne prête attention à un stimulus externe, tandis que l’activité des deux autres réseaux augmente. Ce va-et-vient entre les réseaux pourrait ne pas fonctionner de la même manière chez les personnes souffrant de troubles psychiatriques ou de troubles du développement, soupçonne Menon.

Deanna Barch, qui étudie la neurobiologie des maladies mentales à l'Université Washington de St. Louis, est intrigué par la théorie des triples réseaux. Étudier la manière dont les réseaux sont connectés différemment chez les personnes souffrant de troubles de santé mentale peut aider les chercheurs à découvrir les mécanismes sous-jacents et à développer des traitements, a-t-elle déclaré. Cependant, elle ne pense pas que les interactions en réseau suffiront à elles seules à expliquer pleinement la maladie mentale. "Je pense que la compréhension des différences de connectivité est un point de départ", a déclaré Barch. "Ce n'est pas un point final."

La compréhension actuelle du réseau en mode par défaut n’est certainement pas non plus son point final. Depuis sa découverte, elle a poussé les neuroscientifiques à réfléchir au-delà des responsabilités de régions individuelles du cerveau et aux effets des interactions entre les réseaux cérébraux. Et cela a poussé de nombreuses personnes à apprécier les activités de l’esprit centrées sur elles-mêmes : même lorsque nous rêvassons ou sommes au repos, notre cerveau travaille dur pour que cela se réalise.