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Imaginez que vous essayez de vous concentrer sur la voix d’un ami lors d’une fête bruyante ou que vous bloquez la conversation téléphonique de la personne assise à côté de vous dans le bus pendant que vous essayez de lire. Ces deux tâches nécessitent que votre cerveau supprime le signal distrayant afin que vous puissiez vous concentrer sur le sujet que vous avez choisi.

Comment le cerveau gère les stimuli sensoriels gênants

Les neuroscientifiques du MIT ont maintenant identifié un circuit cérébral qui nous aide à faire exactement cela. Le circuit identifié, contrôlé par le cortex préfrontal, filtre les bruits de fond indésirables ou autres stimuli sensoriels gênants. Lorsque ce circuit est activé, le cortex préfrontal supprime sélectivement les entrées sensorielles lorsqu’ils entrent dans le thalamus, le site où la plupart des informations sensorielles pénètrent dans le cerveau.
«C’est une opération fondamentale qui élimine tous les signaux qui arrivent, d’une manière ciblée», déclare Michael Halassa, professeur adjoint de neurosciences et sciences cognitives, membre de l’Institut de recherche sur le cerveau McGovern du MIT et coauteur de l’étude.
Les chercheurs étudient actuellement si des déficiences de ce circuit pourraient être impliquées dans l’hypersensibilité au bruit et à d’autres stimuli souvent observés chez les personnes atteintes d’autisme.
Miho Nakajima, postdoc du MIT, est l’auteur principal de cet article, publié dans Neuron. Le chercheur L. Ian Schmitt est également l’auteur de l’article.

Une attention changeante

Notre cerveau est constamment bombardé d’informations sensorielles et nous sommes en mesure de l’écouter en grande partie automatiquement, sans même nous en rendre compte. D’autres distractions plus intrusives, telles que la conversation téléphonique de votre compagnon de siège, nécessitent un effort conscient de suppression.
Dans un article de 2015, Halassa et ses collègues ont exploré la façon dont l’attention peut être délibérément déplacée entre différents types d’informations sensorielles, en entraînant des souris à basculer leur attention entre un signal visuel et auditif. Ils ont constaté que pendant cette tâche, les souris supprimaient l’entrée sensorielle concurrente, ce qui leur permettaient de se concentrer sur le signal qui leur rapportait une récompense.
Ce processus semble avoir son origine dans le cortex préfrontal (PFC), qui est essentiel pour les comportements cognitifs complexes tels que la planification et la prise de décision. Les chercheurs ont également découvert qu’une partie du thalamus qui traite la vision était inhibée lorsque les animaux se concentraient sur des signaux sonores. Cependant, il n’y a pas de connexions physiques directes entre le cortex préfrontal et le thalamus sensoriel, il était donc difficile de savoir exactement comment le PFC exerçait ce contrôle, dit Halassa.

La connexion du PFC au striatum est nécessaire pour supprimer les entrées visuelles

Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont à nouveau formé des souris à changer d’attention entre les stimuli visuels et auditifs, puis ont cartographié les connexions cérébrales impliquées. Ils ont d’abord examiné les sorties de PFC essentielles à cette tâche, en inhibant les terminaux de projection de PFC dans chaque cible. Cela leur a permis de découvrir que la connexion du PFC à une région du cerveau appelée striatum est nécessaire pour supprimer les entrées visuelles lorsque les animaux sont attentifs au signal auditif.
Une autre cartographie a révélé que le striatum envoie ensuite des informations à une région appelée globus pallidus, qui fait partie des noyaux gris centraux. Les noyaux gris centraux suppriment alors l’activité dans la partie du thalamus qui traite l’information visuelle.
En utilisant une configuration expérimentale similaire, les chercheurs ont également identifié un circuit parallèle qui supprime les données auditives lorsque les animaux prêtent attention au signal visuel. Dans ce cas, le circuit parcourt des parties du striatum et du thalamus associées au traitement du son plutôt qu’à la vision.
Les résultats offrent l’une des premières preuves que les ganglions de la base, dont on sait qu’ils sont essentiels à la planification, jouent également un rôle dans le contrôle de l’attention, dit Halassa.
«Ce que nous avons compris ici, c’est que la connexion entre le PFC et le traitement sensoriel à ce niveau passe par les noyaux gris centraux et, en ce sens, que les noyaux gris centraux influencent le contrôle du traitement sensoriel», explique-t-il. « Nous avons maintenant une idée très claire de la façon dont les ganglions de la base peuvent être impliqués dans des processus purement attentionnels qui n’ont rien à voir avec la préparation motrice. »

La sensibilité au bruit

Les chercheurs ont également découvert que les mêmes circuits sont utilisés non seulement pour basculer entre différents types d’entrée sensorielle, notamment les stimuli visuels et auditifs, mais aussi pour supprimer les entrées gênantes dans le même sens, par exemple pour bloquer les bruits de fond tout en se concentrant sur les voix.
L’équipe a également montré que lorsque les animaux sont avertis que la tâche sera bruyante, leurs performances s’améliorent, car ils utilisent ce circuit pour concentrer leur attention.
«Cette étude utilise un éventail de techniques de dissection de circuits neuronaux pour identifier une voie distribuée, reliant le cortex préfrontal aux noyaux gris centraux au noyau réticulaire thalamique, ce qui permet au cerveau de la souris d’améliorer les informations sensorielles pertinentes et de supprimer celles qui ne le sont pas aux moments opportuns, ”Déclare Daniel Polley, professeur associé d’oto-rhino-laryngologie à la Harvard Medical School.

Une découverte qui pourrait aider les personnes autistes

Le laboratoire de Halassa effectue actuellement des expériences similaires sur des souris génétiquement modifiées pour développer des symptômes similaires à ceux des personnes atteintes d’autisme. Une caractéristique commune des troubles du spectre autistique est l’hypersensibilité au bruit, qui pourrait être causée par une altération de ce circuit cérébral, dit Halassa. Il étudie actuellement si le renforcement de l’activité de ce circuit pourrait réduire la sensibilité au bruit.
«Le contrôle du bruit est quelque chose avec lequel les patients autistes ont des problèmes.», dit-il. «Il existe maintenant plusieurs pistes sur lesquelles nous pouvons nous pencher pour essayer de comprendre cela.»
Source : MIT
Crédit photo sur Unsplash :  Hannah Olinger

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