Pour prédire l’avenir le cerveau a deux horloges

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Des scientifiques ont découvert que nous anticipons le temps dans deux parties différentes du cerveau. Le moment où nous appuyons sur l’accélérateur d’une voiture, une fraction de seconde avant que la lumière ne change, ou lorsque nous jouons une partition de musique avant même que la première note de notre piano ne résonne, le cerveau l’anticipe.

Nous utilisons deux « horloges »

La « première horloge » s’appuie sur des souvenirs d’expériences passées, l’autre sur le rythme. Les deux sont essentiels à notre capacité à naviguer et à profiter de notre monde. Une nouvelle étude de l’Université de Berkeley a démontré que les réseaux neuronaux soutenant chacune de ces « horloges » sont répartis entre deux parties différentes du cerveau, selon la tâche à accomplir.

« Qu’il s’agisse de sports, de musique, de discours ou même d’accorder notre attention, notre étude suggère que le timing n’est pas un processus unifié, mais qu’il existe deux façons distinctes de faire des prédictions temporelles et que celles-ci dépendent de différentes parties du cerveau », a déclaré l’auteur principal de cette étude Assaf Breska, chercheur post-doctoral en neurosciences à l’Université de Berkeley.

Les résultats, publiés en ligne dans les actes de la National Academy of Sciences journal, offrent une nouvelle perspective sur la façon dont les humains calculent à quel moment ils doivent faire un pas. « Ensemble, ces systèmes cérébraux nous permettent non seulement d’exister dans le moment présent, mais aussi d’anticiper activement l’avenir », a déclaré Richard Ivry, un neuroscientifique à l’Université de Berkeley.

Deux régions du cerveau

Breska et Ivry ont étudié les forces et les déficits du temps anticipé chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson et les personnes atteintes de dégénérescence cérébelleuse. Ils ont relié le chronométrage rythmique aux ganglions basaux, et le chronométrage de l’intervalle – un chronomètre interne basé en grande partie sur notre mémoire des expériences antérieures – au cervelet. Les deux sont des régions cérébrales primitives associées au mouvement et à la cognition.

De plus, leurs résultats suggèrent que si l’une de ces horloges neurales ne fonctionne pas correctement, l’autre pourrait théoriquement intervenir. « Notre étude a identifié que non seulement les contextes d’anticipation dans lesquels ces patients neurologiques sont affectés, mais aussi les contextes dans lesquels ils n’ont aucune difficulté, suggérant que nous pourrions modifier leurs environnements pour leur faciliter l’interaction avec le monde face à leurs symptômes », a déclaré Breska.

Les solutions non pharmaceutiques pour les déficits de synchronisation neurologiques pourraient inclure des jeux informatiques et des applications pour smartphone, une stimulation cérébrale profonde et des modifications de la conception environnementale, a-t-il déclaré.

Comment cette étude a été menée

Pour en arriver à cette conclusion, Breska et Ivry ont comparé la façon dont les patients atteints de la maladie de Parkinson et de la dégénérescence cérébelleuse ont utilisé des indices temporels pour concentrer leur attention. Les deux groupes ont vu des séquences de carrés rouges, blancs et verts défiler à des vitesses variables sur un écran d’ordinateur et ont appuyé sur un bouton au moment où ils ont vu le carré vert. Les carrés blancs les avertissaient que le carré vert allait venir.

Dans une séquence, les carrés rouge, blanc et vert ont suivi un rythme régulier, et les patients atteints de dégénérescence cérébelleuse ont bien répondu à ces signaux rythmiques. Dans un autre cas, les carrés colorés ont suivi un modèle plus complexe, avec des intervalles différents entre les carrés rouges et verts. Cette séquence était plus facile à suivre et à réussir pour les patients atteints de la maladie de Parkinson.

« Nous avons démontré que les patients atteints de dégénérescence cérébelleuse sont incapables d’utiliser des signaux temporels non rythmiques, alors que les patients atteints de dégénérescence basale des ganglions associée à la maladie de Parkinson sont incapables d’utiliser des signaux rythmiques », a déclaré Ivry.

Cette découverte remet en question les anciennes théories 

En fin de compte, les résultats confirment que le cerveau utilise deux mécanismes différents pour anticiper le temps, ce qui remet en question les théories selon lesquelles un seul système cérébral répond à tous nos besoins en matière de timing, selon les chercheurs. « Nos résultats suggèrent que le cerveau a évolué de deux manières différentes pour anticiper l’avenir”, a déclaré Breska.

“Un système basé sur le rythme est sensible aux événements périodiques dans le monde comme la musique”, a-t-il ajouté. “Et un système d’intervalle fournit une capacité d’anticipation plus générale, sensible aux régularités temporelles même en l’absence d’un signal rythmique. »

Source : University of Berkeley

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