Modéliser le code neuronal du cerveau

Publié le mardi 7 février 2017

 

À l’instar de nos ordinateurs, le cerveau transmet l’information à travers ses réseaux complexes de circuits et de systèmes en une infime fraction de seconde. Ce processus est programmé dans le cerveau au moyen d’un code que les neuroscientifiques tentent d’élucider depuis des années.

André Longtin et Leonard Maler, deux membres de l’Institut de recherche sur le cerveau respectivement affiliés au Département de physique et au Département de médecine cellulaire et moléculaire de l’Université d’Ottawa, ont toutefois uni leurs forces pour mettre en lumière des éléments clés du code neuronal qui sous-tend les activités cérébrales. Les chercheurs ont étudié chez les poissons électriques – dont le cerveau s’apparente fondamentalement à celui de l’humain – le mouvement des signaux au fil du processus sensoriel et ainsi observé la face cachée de l’activité cérébrale durant les moments de concentration.

Leurs années de travail ont retenu l’attention du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), qui leur a décerné le Prix Brockhouse du Canada pour la recherche interdisciplinaire en sciences et en génie. Le physicien et le neurobiologiste s’emploient à dégager les lois fondamentales qui déterminent comment les neurones effectuent leurs « calculs » en fonction des propriétés de chacun. Cet intérêt que partagent les chercheurs et leurs savoirs complémentaires les ont amenés à poser des questions inédites pour, au bout du compte, mettre au jour certaines lois et les exprimer sur le plan mathématique, comme le veut la physique.

« Les poissons électriques sont un modèle remarquable pour étudier les problèmes fondamentaux du code neuronal, puisque nous pouvons suivre les signaux électriques qu’ils émettent pour “voir” le monde, et ce, sans recourir à des méthodes invasives », explique André Longtin. « Supposez qu’un chercheur soit à même d’observer chez son sujet un faisceau lumineux reliant l’œil à ce qu’il fixe. Il deviendrait alors beaucoup plus simple de déterminer l’objet sur lequel il se concentre et ce que le sujet comprend du monde qui l’entoure. »

En misant sur cette approche, André Longtin et Leonard Maler ont été les premiers à démontrer la façon dont le cerveau s’appuie sur le mouvement pour recueillir de l’information et diriger son attention. Lorsqu’une personne voit une balle se diriger vers elle, ses yeux balaient l’espace pour la positionner et en faire le suivi, jusqu’à ce qu’elle parvienne à l’isoler et se prépare à l’attraper. Lorsque l’attention se fixe sur la balle, le cerveau active un patron de décharge neuronale qui signale clairement son état de concentration.

« André et moi avons travaillé sans relâche pendant des dizaines d’années pour lever le voile sur les mystères du fonctionnement du cerveau et ainsi satisfaire notre curiosité. Le fonctionnement du cerveau est intrigant, car il comprend un volet très personnel – notamment dans la façon dont nous prenons des décisions et entretenons nos souvenirs », explique Leonard Maler. « Je suis à la fois ravi et encouragé de savoir que le CRSNGC reconnaît l’importance de financer la recherche scientifique fondamentale d’aujourd’hui, en sachant qu’elle deviendra la recherche appliquée de demain. »

En plus d’avoir mis le doigt sur les patrons de décharge neuronale, les chercheurs ont aussi démontré que le cerveau accroît son niveau d’attention avant que le corps se mette en mouvement – une sorte d’instinct qui prépare le cerveau à se concentrer. Cette préparation, qui se produit indépendamment de notre volonté à nous mouvoir, survient jusqu’à quatre secondes complètes avant le mouvement. Ainsi, force est de se demander si l’humain ordonne à son cerveau de bouger ou si la décision est prise pour lui.

« Au nom de l’Université d’Ottawa, je tiens à féliciter nos deux chercheurs d’exception qui voient aujourd’hui leur curiosité récompensée par le prestigieux Prix Brockhouse », souligne Mona Nemer, vice-rectrice à la recherche de l’Université d’Ottawa. « Leur recherche interdisciplinaire exemplaire nous inspire tous à transcender les frontières de nos domaines respectifs pour trouver des réponses aux questions qui nous préoccupent. »

André Longtin et Leonard Maler s’emploient désormais à déchiffrer un autre volet important du code neuronal : la façon dont les sens puisent dans la mémoire pour favoriser la concentration et la prise de décisions.

 

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