Con (« avec) scientia (« connaissance »). La conscience est la capacité à prendre connaissance de ce qui nous entoure. La conscience immédiate provient avant tout d’un signal capté par nos sens, puis notre cerveau. Certains stimuli donneront lieu à une prise de conscience, d’autres resteront subliminaux. Des chercheurs hollandais[1], italiens[2], américains[3], en collaboration avec Stanislas Dehaene, directeur de NeuroSpin à l’Institut Frédéric-Joliot, ont mené une étude chez le singe pour comprendre les déterminants de l’accès à la conscience de stimuli visuels. Ils proposent un modèle qui réunit et précise les bases neuronales de deux modèles pré-existants, à savoir la théorie de la détection du signal (SDT pour Signal Detection Theory), et la théorie de l’espace de travail neuronal global (GNWT pour Global Neuronal Workspace theory). Le premier suppose qu’un stimulus devient conscient si le signal d’entrée dépasse un seuil. Le second fait l’hypothèse que l’accès à la conscience correspond à un « embrasement » neuronal tardif, une augmentation soudaine d’activité des neurones, notamment dans le cortex préfrontal.
Pour construire leur modèle, les chercheurs ont observé chez le singe l’activité neuronale dans plusieurs zones du cerveau, notamment les aires visuelles et le cortex préfrontal, qui joue un rôle dans la planification et les fonctions exécutives. Un signal était flashé dans la périphérie du champ visuel, à différents niveaux d’intensité choisis pour que le signal ne soit pas toujours détecté. L’animal était entraîné à répondre « vu » ou « pas vu » en faisant des mouvements des yeux. Les enregistrements neuronaux ont montré que les stimuli signalés comme « vus », donc entraînant une prise de conscience, sont associés à une activité soutenue dans le cortex frontal. En revanche, cette activité est faible dans le cas des stimuli subliminaux, qui n’accèdent pas à la conscience. Des réponses différentes enregistrées pour des stimuli équivalents laissent penser que, dans le cas des stimuli subliminaux, l’information se perd à différentes étapes durant son trajet entre le cortex visuel (près de l’occiput) et le cortex frontal (au niveau du front). Une perte aurait déjà lieu au sein des aires visuelles, entre les aires V1 et V4, mais surtout lors du chemin vers le cortex préfrontal. En outre, les chercheurs ont montré que l’intensité de l’activité neuronale dans les aires visuelles ne peut pas prédire si le stimulus sera associé à une prise de conscience ou pas. En revanche, celle détectée dans la zone préfontale dlPFC l’est tout à fait.
L’ensemble de ces résultats correspond étroitement aux prédictions de la théorie de l’espace de travail neuronal global, proposée par Stanislas Dehaene avec Jean-Pierre Changeux et Lionel Naccache dès 1998. Il peut être modélisé par un modèle mathématique très simple, qui simule d’une part la propagation du signal à travers les aires visuelles, et d’autre part le bouclage de cette activité sur elle-même. Ce bouclage non-linéaire explique le phénomène de « seuil » de conscience : les signaux sensoriels suffisamment forts s’auto-amplifient au cours de leur traitement dans le cerveau (un peu comme une avalanche, au-delà d’un certain seuil, s’auto-alimente) alors que les signaux faibles se perdent en chemin.
Selon les enregistrements neuronaux réalisés par les chercheurs, la prise de conscience (à droite) s’accompagne d’une avalanche d’activité cérébrale avec un embrasement soudain de multiples régions cérébrales, particulièrement le cortex préfrontal. Au contraire, un signal qui reste subliminal, invisible, n’entraîne qu’une activité restreinte du cerveau (à gauche). © P. Roelfsema et S. Dehaene
La meilleure compréhension des mécanismes de la prise de conscience fait l’objet d’un intense programme de recherches à NeuroSpin. En ligne mire, plusieurs objectifs cliniques : éclaircir les mécanismes de l’anesthésie, toujours mal comprise ; décider si un patient est en coma, en état végétatif ou toujours conscient ; et enfin, développer des stimulations cérébrales qui permettent à ces patients de recouvrer une pleine conscience.
Pour aller plus loin : Stanislas Dehaene, « Le code de la conscience » (Editions Odile Jacob, 2016)
[1] Netherlands Institute for Neuroscience, Meibergdreef
[2] Istituto Italiano di Tecnologia, Rovereto
[3] Harvard Medical School, Boston