Est-ce réel ou imaginaire ? Comment votre cerveau fait la différence. | Quanta Magazine

Est-ce la vraie vie? Est-ce juste de la fantaisie ?

Ce ne sont pas seulement les paroles de la chanson de Queen "Bohemian Rhapsody". Ce sont aussi les questions auxquelles le cerveau doit constamment répondre lors du traitement des flux de signaux visuels provenant des yeux et des images purement mentales qui jaillissent de l'imagination. Des études d'imagerie cérébrale ont montré à plusieurs reprises que voir quelque chose et l'imaginer évoquent des schémas d'activité neuronale très similaires. Pourtant, pour la plupart d'entre nous, les expériences subjectives qu'ils produisent sont très différentes.

"Je peux regarder par la fenêtre en ce moment, et si je le veux, je peux imaginer une licorne marchant dans la rue", a déclaré Thomas Naselaris, professeur agrégé à l'Université du Minnesota. La rue semblerait réelle et la licorne ne le serait pas. "C'est très clair pour moi", a-t-il déclaré. Le fait de savoir que les licornes sont mythiques joue à peine là-dedans : un simple cheval blanc imaginaire semblerait tout aussi irréel.

Alors "pourquoi n'hallucinons-nous pas constamment?" demandé Nadine Dijkstra, stagiaire postdoctoral à l'University College de Londres. Une étude qu'elle a dirigée, récemment publiée dans Communications Nature, fournit une réponse intrigante : le cerveau évalue les images qu'il traite par rapport à un « seuil de réalité ». Si le signal dépasse le seuil, le cerveau pense que c'est réel ; si ce n'est pas le cas, le cerveau pense qu'il est imaginé.

Un tel système fonctionne bien la plupart du temps car les signaux imaginaires sont généralement faibles. Mais si un signal imaginé est assez fort pour franchir le seuil, le cerveau le prend pour la réalité.

Bien que le cerveau soit très compétent pour évaluer les images dans notre esprit, il semble que "ce type de vérification de la réalité est une lutte sérieuse", a déclaré Lars Muckli, professeur de neurosciences visuelles et cognitives à l'Université de Glasgow. Les nouvelles découvertes soulèvent des questions quant à savoir si des variations ou des altérations de ce système pourraient entraîner des hallucinations, des pensées envahissantes ou même des rêves.

"Ils ont fait un excellent travail, à mon avis, en prenant une question sur laquelle les philosophes débattent depuis des siècles et en définissant des modèles avec des résultats prévisibles et en les testant", a déclaré Naselaris.

Quand perceptions et imaginaire se mélangent

L'étude d'images imaginaires de Dijkstra est née au début de la pandémie de Covid-19, lorsque les quarantaines et les fermetures ont interrompu son travail prévu. Ennuyée, elle a commencé à parcourir la littérature scientifique sur l'imagination – puis a passé des heures à passer au peigne fin des articles pour des récits historiques sur la façon dont les scientifiques ont testé un concept aussi abstrait. C'est ainsi qu'elle est tombée sur une étude de 1910 menée par la psychologue Mary Cheves West Perky.

Perky a demandé aux participants d'imaginer des fruits tout en regardant un mur blanc. Pendant qu'ils le faisaient, elle a secrètement projeté des images extrêmement faibles de ces fruits - si faibles qu'elles étaient à peine visibles - sur le mur et a demandé aux participants s'ils voyaient quelque chose. Aucun d'entre eux ne pensait avoir vu quoi que ce soit de réel, bien qu'ils aient commenté la vivacité de leur image imaginaire. « Si je n'avais pas su que j'imaginais, j'aurais pensé que c'était réel », a déclaré un participant.

La conclusion de Perky était que lorsque notre perception de quelque chose correspond à ce que nous savons que nous imaginons, nous supposerons que c'est imaginaire. Il est finalement devenu connu en psychologie sous le nom d'effet Perky. "C'est un grand classique", a déclaré Bence Nanay, professeur de psychologie philosophique à l'Université d'Anvers. C'est devenu une sorte de "chose obligatoire lorsque vous écrivez sur l'imagerie pour dire votre grain de sel sur l'expérience Perky".

Dans les années 1970, le chercheur en psychologie Sydney Joelson Segal a ravivé l'intérêt pour le travail de Perky en mettant à jour et en modifiant l'expérience. Dans une étude de suivi, Segal a demandé aux participants d'imaginer quelque chose, comme la ligne d'horizon de New York, tout en projetant quelque chose d'autre légèrement sur le mur, comme une tomate. Ce que les participants ont vu était un mélange d'images imaginées et réelles, comme la ligne d'horizon de New York au coucher du soleil. Les découvertes de Segal suggèrent que la perception et l'imagination peuvent parfois « littéralement se mélanger », a déclaré Nanay.

Toutes les études visant à reproduire les découvertes de Perky n'ont pas réussi. Certains d'entre eux impliquaient des essais répétés pour les participants, ce qui a brouillé les résultats : une fois que les gens savent ce que vous essayez de tester, ils ont tendance à changer leurs réponses en ce qu'ils pensent être corrects, a déclaré Naselaris.

Alors Dijkstra, sous la direction de Steve Fleming, expert en métacognition à l'University College London, a mis en place une version moderne de l'expérience qui a évité le problème. Dans leur étude, les participants n'ont jamais eu la possibilité de modifier leurs réponses car ils n'ont été testés qu'une seule fois. Le travail a modélisé et examiné l'effet Perky et deux autres hypothèses concurrentes sur la façon dont le cerveau distingue la réalité et l'imagination.

Réseaux d'évaluation

L'une de ces hypothèses alternatives dit que le cerveau utilise les mêmes réseaux pour la réalité et l'imagination, mais que les scanners cérébraux d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) n'ont pas une résolution suffisamment élevée pour que les neuroscientifiques discernent les différences dans la façon dont les réseaux sont utilisés. Une des études de Muckli, par exemple, suggère que dans le cortex visuel du cerveau, qui traite les images, les expériences imaginaires sont codées dans une couche plus superficielle que les expériences réelles.

Avec l'imagerie cérébrale fonctionnelle, "nous louchons nos yeux", a déclaré Muckli. Dans chaque équivalent d'un pixel dans un scanner cérébral, il y a environ 1,000 XNUMX neurones, et nous ne pouvons pas voir ce que chacun fait.

L'autre hypothèse, suggéré par des études dirigé par Joël Pearson à l'Université de Nouvelle-Galles du Sud, c'est que les mêmes voies dans le cerveau codent à la fois pour l'imagination et la perception, mais l'imagination n'est qu'une forme de perception plus faible.

Pendant le verrouillage de la pandémie, Dijkstra et Fleming ont recruté pour une étude en ligne. Quatre cents participants ont été invités à regarder une série d'images remplies d'électricité statique et à imaginer des lignes diagonales les traversant vers la droite ou vers la gauche. Entre chaque essai, on leur a demandé d'évaluer la vivacité de l'imagerie sur une échelle de 1 à 5. Ce que les participants ne savaient pas, c'est que lors du dernier essai, les chercheurs ont lentement augmenté l'intensité d'une faible image projetée de lignes diagonales - incliné soit dans la direction que les participants devaient imaginer, soit dans la direction opposée. Les chercheurs ont ensuite demandé aux participants si ce qu'ils avaient vu était réel ou imaginaire.

Dijkstra s'attendait à trouver l'effet Perky - que lorsque l'image imaginée correspondait à celle projetée, les participants verraient la projection comme le produit de leur imagination. Au lieu de cela, les participants étaient beaucoup plus susceptibles de penser que l'image était vraiment là.

Pourtant, il y avait au moins un écho de l'effet Perky dans ces résultats : les participants qui pensaient que l'image était là l'ont vue plus clairement que les participants qui pensaient que c'était toute leur imagination.

Dans une deuxième expérience, Dijkstra et son équipe n'ont pas présenté d'image lors du dernier essai. Mais le résultat était le même : les personnes qui qualifiaient ce qu'elles voyaient de plus vivant étaient également plus susceptibles de le qualifier de réel.

Les observations suggèrent que les images dans notre esprit et les images réelles perçues dans le monde se mélangent, a déclaré Dijkstra. "Lorsque ce signal mixte est suffisamment fort ou vif, nous pensons qu'il reflète la réalité." Il est probable qu'il existe un certain seuil au-dessus duquel les signaux visuels semblent réels au cerveau et en dessous duquel ils se sentent imaginés, pense-t-elle. Mais il pourrait aussi y avoir un continuum plus progressif.

Pour savoir ce qui se passe dans un cerveau essayant de distinguer la réalité de l'imagination, les chercheurs ont réanalysé les scans cérébraux d'une étude précédente dans laquelle 35 participants ont imaginé et perçu de manière vivante diverses images, des arrosoirs aux coqs.

Conformément à d'autres études, ils ont constaté que les modèles d'activité dans le cortex visuel dans les deux scénarios étaient très similaires. "L'imagerie vive ressemble plus à la perception, mais la question de savoir si la perception faible ressemble plus à l'imagerie est moins claire", a déclaré Dijkstra. Il y avait des indices que regarder une image faible pouvait produire un motif similaire à celui de l'imagination, mais les différences n'étaient pas significatives et devaient être examinées plus avant.

Ce qui est clair, c'est que le cerveau doit être capable de réguler avec précision la force d'une image mentale pour éviter toute confusion entre fantasme et réalité. "Le cerveau a cet acte d'équilibrage très prudent qu'il doit effectuer", a déclaré Naselaris. "Dans un certain sens, il va interpréter l'imagerie mentale aussi littéralement que l'imagerie visuelle."

Ils ont découvert que la force du signal pouvait être lue ou régulée dans le cortex frontal, qui analyse les émotions et les souvenirs (entre autres tâches). Mais on ne sait pas encore ce qui détermine la vivacité d'une image mentale ou la différence entre la force du signal d'imagerie et le seuil de réalité. Il pourrait s'agir d'un neurotransmetteur, de modifications des connexions neuronales ou de quelque chose de totalement différent, a déclaré Naselaris.

Il pourrait même s'agir d'un sous-ensemble différent et non identifié de neurones qui définit le seuil de réalité et dicte si un signal doit être détourné vers une voie pour des images imaginées ou une voie pour des images véritablement perçues - une découverte qui lierait parfaitement les première et troisième hypothèses. , a déclaré Muckli.

Même si les résultats sont différents de ses propres résultats, qui soutiennent la première hypothèse, Muckli aime leur raisonnement. C'est un « article passionnant », a-t-il déclaré. C'est une "conclusion intrigante".

Mais l'imagination est un processus qui implique bien plus que simplement regarder quelques lignes sur un fond bruyant, a déclaré Peter Tsé, professeur de neurosciences cognitives au Dartmouth College. L'imagination, dit-il, est la capacité de regarder ce qu'il y a dans votre placard et de décider quoi préparer pour le dîner, ou (si vous êtes les frères Wright) de prendre une hélice, de la coller sur une aile et de l'imaginer en train de voler.

Les différences entre les découvertes de Perky et celles de Dijkstra pourraient être entièrement dues à des différences dans leurs procédures. Mais ils suggèrent également une autre possibilité : que nous puissions percevoir le monde différemment de nos ancêtres.

Son étude ne s'est pas concentrée sur la croyance en la réalité d'une image, mais plutôt sur le "sentiment" de la réalité, a déclaré Dijkstra. Les auteurs supposent que parce que les images projetées, les vidéos et autres représentations de la réalité sont monnaie courante au 21e siècle, notre cerveau a peut-être appris à évaluer la réalité légèrement différemment de ce que les gens faisaient il y a à peine un siècle.

Même si les participants à cette expérience "ne s'attendaient pas à voir quelque chose, c'est encore plus attendu que si vous étiez en 1910 et que vous n'aviez jamais vu de projecteur de votre vie", a déclaré Dijkstra. Le seuil de réalité aujourd'hui est donc probablement beaucoup plus bas que par le passé, il peut donc falloir une image imaginaire beaucoup plus vivante pour franchir le seuil et confondre le cerveau.

Une base pour les hallucinations

Les résultats soulèvent des questions quant à savoir si le mécanisme pourrait être pertinent pour un large éventail de conditions dans lesquelles la distinction entre l'imagination et la perception se dissout. Dijkstra spécule, par exemple, que lorsque les gens commencent à s'endormir et que la réalité commence à se confondre avec le monde des rêves, leur seuil de réalité pourrait baisser. Dans des conditions comme la schizophrénie, où il y a une "panne générale de la réalité", il pourrait y avoir un problème d'étalonnage, a déclaré Dijkstra.

"Dans la psychose, il se peut que leur imagerie soit si bonne qu'elle atteint juste ce seuil, ou que leur seuil soit éteint", a déclaré Caroline Lempert, professeur adjoint de psychologie à l'Université d'Adelphi qui n'a pas participé à l'étude. Certaines études ont montré que chez les personnes qui hallucinent, il y a une sorte d'hyperactivité sensorielle, qui suggère que le signal d'image est augmenté. Mais des recherches supplémentaires sont nécessaires pour établir le mécanisme par lequel les hallucinations émergent, a-t-elle ajouté. "Après tout, la plupart des gens qui ont des images vives n'ont pas d'hallucinations."

Nanay pense qu'il serait intéressant d'étudier les seuils de réalité des personnes atteintes d'hyperphantasia, une imagination extrêmement vive qu'elles confondent souvent avec la réalité. De même, il existe des situations dans lesquelles les gens souffrent d'expériences imaginaires très fortes dont ils savent qu'elles ne sont pas réelles, comme lorsqu'ils ont des hallucinations sous l'effet de la drogue ou dans des rêves lucides. Dans des conditions telles que le trouble de stress post-traumatique, les gens "commencent souvent à voir des choses qu'ils ne voulaient pas", et cela semble plus réel qu'il ne le devrait, a déclaré Dijkstra.

Certains de ces problèmes peuvent impliquer des défaillances dans les mécanismes cérébraux qui aident normalement à faire ces distinctions. Dijkstra pense qu'il pourrait être fructueux d'examiner les seuils de réalité des personnes atteintes d'aphantasie, l'incapacité d'imaginer consciemment des images mentales.

Les mécanismes par lesquels le cerveau distingue ce qui est réel de ce qui est imaginaire pourraient également être liés à la façon dont il distingue les images réelles et fausses (inauthentiques). Dans un monde où les simulations se rapprochent de la réalité, la distinction entre les vraies et les fausses images va devenir de plus en plus difficile, a déclaré Lempert. "Je pense que c'est peut-être une question plus importante que jamais."

Dijkstra et son équipe travaillent maintenant à adapter leur expérience pour fonctionner dans un scanner cérébral. "Maintenant que le verrouillage est terminé, je veux revoir les cerveaux", a-t-elle déclaré.

Elle espère finalement découvrir s'ils peuvent manipuler ce système pour rendre l'imagination plus réelle. Par exemple, la réalité virtuelle et les implants neuronaux sont actuellement à l'étude pour des traitements médicaux, par exemple pour aider les personnes aveugles à voir à nouveau. La capacité de rendre les expériences plus ou moins réelles, a-t-elle dit, pourrait être très importante pour de telles applications.

Ce n'est pas bizarre, étant donné que la réalité est une construction du cerveau.

"Sous notre crâne, tout est inventé", a déclaré Muckli. « Nous construisons entièrement le monde, dans sa richesse, ses détails, sa couleur, son son, son contenu et son excitation. … Il est créé par nos neurones.

Cela signifie que la réalité d'une personne sera différente de celle d'une autre personne, a déclaré Dijkstra : "La frontière entre l'imagination et la réalité n'est tout simplement pas si solide."