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Tout le monde fait de petites erreurs pratiquement à tous les jours. Par exemple un serveur dans un restaurant vous dit « profitez de votre repas, » et vous répondez « vous, aussi! » avant de réaliser que la personne ne va pas profiter de votre repas. Heureusement, il y a des parties de notre cerveau qui surveillent notre comportement, détectent les erreurs et les corrigent rapidement.

Des neurones d’erreurs

Une équipe de chercheurs a maintenant identifié les neurones qui pourraient sous-tendre cette capacité. Ce travail fournit des pistes rares de neurones situés au plus profond du cerveau humain et a des implications dans les maladies psychiatriques comme le trouble obsessionnel compulsif.
Ce travail a été fait en collaboration avec un ensemble de chercheurs provenant de diverses disciplines, comme la neuroscience. Un article décrivant cette recherche a été publié en ligne dans la revue Neuron le 4 décembre dernier.
« Plusieurs personnes connaissent ce sentiment d’avoir fait une erreur et de se rattraper rapidement – par exemple, lorsque vous tapez et appuyez sur la mauvaise touche de votre ordinateur, vous pouvez réaliser que vous avez fait une erreur sans même avoir besoin de voir l’erreur sur l’écran », explique Rutishauser, qui est également un associé invité dans la division de la biologie et de l’ingénierie biologique de Caltech.
« C’est un exemple de la façon dont nous surveillons nos propres erreurs en une fraction de seconde. Maintenant, grâce à cette recherche, nous savons quels neurones sont impliqués dans cette fonction, et nous commençons à en apprendre davantage sur la façon dont l’activité de ces neurones nous aide à changer notre comportement pour corriger nos erreurs de tous les jours. »

Avoir une image précise de cette fonction

Dans ce travail, dirigé par l’étudiant diplômé de Caltech; Zhongzheng Fu, les chercheurs ont tenté d’obtenir une image précise de ce qui se passe au niveau des neurones individuels quand une personne se rattrape après avoir fait une erreur. Pour ce faire, ils ont étudié des personnes qui avaient de minces électrodes implantées temporairement dans leur cerveau (à l’origine pour aider à localiser les crises d’épilepsie).
Ce travail a été réalisé en collaboration avec le neurochirurgien Adam Mamelak, professeur de neurochirurgie à Cedars-Sinai, qui a réalisé de telles implantations d’électrodes pour la surveillance clinique de l’épilepsie pendant plus d’une décennie et a étroitement collaboré aux études de recherche.

Une tâche appelée « effet Stroop »

Alors que l’activité neuronale a été mesurée dans leur cortex frontal médian (CMF), une région du cerveau connue pour être impliquée dans la surveillance des erreurs, les patients épileptiques ont reçu une tâche appelée « effet Stroop » à accomplir. Dans cette tâche, un mot est affiché sur un écran d’ordinateur, et les patients sont invités à identifier la couleur du texte.

Parfois, ce texte et la couleur sont les mêmes (le mot « vert », par exemple, est représenté en vert). Dans d’autres cas, le mot et la couleur sont différents (« vert » est indiqué en rouge). Dans ce dernier cas, la réponse correcte est « rouge », mais beaucoup de gens font l’erreur de dire « vert. »Ce sont ce genre d’erreurs que les chercheurs ont étudié.

Des neurones d’erreurs d’autosurveillance

Les mesures ont permis à l’équipe d’identifier des neurones dans le CMF, appelés neurones d’erreurs d’autosurveillance, qui se déclenchent immédiatement après qu’une personne a fait une erreur, bien avant qu’on leur donne de la rétroaction au sujet de leur réponse.
Pendant des décennies, les scientifiques ont étudié comment les gens détectaient eux-mêmes les erreurs à l’aide d’électrodes placées à la surface du crâne qui mesuraient l’activité électrique agrégée de milliers de neurones.
Ces électroencéphalogrammes révélaient qu’une signature d’ondes cérébrales particulière, appelée négativité liée à l’erreur (ERN), est souvent observée au-dessus du CMF juste après qu’une personne ait fait une erreur. Dans leurs expériences, Fu et ses collègues ont mesuré simultanément l’ERN ainsi que la décharge de neurones d’erreurs individuellement.

Deux aspects fondamentaux

Ils ont découvert deux nouveaux aspects fondamentaux de l’ERN. Premièrement, le niveau d’activité d’un neurone d’erreur est en corrélation positive avec l’amplitude de l’ERN: plus l’ERN est grande pour une erreur particulière, plus les neurones d’erreur sont actifs. Ce résultat révèle qu’une observation de l’ERN – une mesure non invasive – fournit de l’information sur le niveau d’activité des neurones d’erreur trouvés en profondeur dans le cerveau.
Deuxièmement, ils ont découvert que cette corrélation ERN–neurones, à son tour prédit si la personne changera son comportement, c’est-à-dire, si elle ralentira et se concentrera davantage pour ne plus faire une erreur sur la réponse suivante. Si les neurones d’erreur ont joué leur rôle mais que la signature de l’ERN à l’échelle du cerveau n’a pas été vue ou était faible, la personne pourrait encore reconnaître qu’elle a fait une erreur, mais elle ne modifiera pas son comportement pour la tâche suivante.
Ceci suggère que les neurones d’erreur doivent communiquer leur détection d’erreurs à un grand réseau du cerveau afin d’influencer le comportement. Les chercheurs ont trouvé d’autres preuves pour certaines parties du circuit en cause.
« Nous avons trouvé des neurones d’erreur dans deux parties différentes du CMF: le cortex cingulaire antérieur dorsal (CCCD) et la zone motrice pré-complémentaire (pré-SMA) », dit Fu. « Le signal d’erreur est apparu dans le pré-SMA 50 millisecondes plus tôt que dans le CCad.
Mais seulement dans le CCad (Cortex cingulaire antérieur) était la corrélation entre l’ERN et les neurones d’erreur prédictive de savoir si une personne modifierait leur comportement. Cela révèle une hiérarchie du traitement – une structure organisationnelle du circuit au niveau du neurone simple qui est importante pour le contrôle du comportement. »

Mieux comprendre le trouble obsessionnel compulsif

Cette recherche pourrait également avoir des répercussions sur la compréhension du trouble obsessionnel compulsif, un trouble dans lequel une personne tente continuellement de corriger ses erreurs. »Par exemple, certaines personnes atteintes de cette maladie ressentiront le besoin de vérifier à plusieurs reprises si elles ont verrouillé leur porte.
Certaines personnes atteintes d’un trouble obsessionnel compulsif ont un potentiel d’ERN anormalement élevé, ce qui indique que leur circuit de surveillance des erreurs est suractif. La découverte de neurones d’erreur pourrait faciliter de nouveaux traitements pour supprimer cette suractivité.
Les chercheurs espèrent maintenant déterminer comment l’information provenant des neurones d’erreur circule dans le cerveau afin de produire des changements de comportement comme le ralentissement et la concentration. « Jusqu’à présent, nous avons identifié deux régions du cerveau dans le cortex frontal qui semblent faire partie d’une séquence d’étapes de traitement. Mais, bien sûr, l’ensemble du circuit est certainement beaucoup plus complexe que cela, » explique Adolphs.
« Une avenue importante pour l’avenir sera de combiner des études qui ont une résolution très fine, comme celle-ci, avec des études utilisant l’IRMf (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle) qui nous donnent un champ de vision de l’ensemble du cerveau. »
Source : Caltech
Crédit photo sur Unsplash : Abigail Keenan