Les scientifiques et les philosophes ont longtemps lutté pour expliquer comment le cerveau génère des expériences conscientes. Certains doutent que les outils objectifs de la science puissent jamais appréhender un phénomène aussi subjectif. Même ainsi, les chercheurs ont commencé à identifier les changements dans l’activité cérébrale qui accompagnent la conscience, et ils ont également des idées fascinantes sur les raisons pour lesquelles la conscience a évolué.
Comment le cerveau évoque la conscience de l’activité électrique de milliards de cellules nerveuses individuelles reste l’une des grandes questions sans réponse de la vie.
Chacun de nous sait que nous sommes conscients, en termes d’avoir des pensées, des perceptions et des sentiments, mais nous sommes incapables de le prouver à quelqu’un d’autre. Nous seuls avons accès à l’essence mystérieuse qui nous permet d’expérimenter ces pensées, perceptions et sentiments.
Dans les années 1990, le philosophe David Chalmers décrit cette inaccessibilité à un examen externe et objectif comme le « problème difficile » de la conscience.
Il a proposé qu’une tâche plus facile à accomplir pour les scientifiques serait ses «corrélats neuronaux» – où et comment l’activité cérébrale change lorsque les gens ont des expériences conscientes.
Outre la curiosité, les scientifiques sont très probablement motivés à découvrir les corrélats neuronaux de la conscience afin d’aider à diagnostiquer et à traiter les troubles de la conscience, tels que les états végétatifs persistants et certains troubles psychiatriques.
La conscience a plusieurs dimensions distinctes qu’ils peuvent mesurer. Trois des plus importants sont :
- éveil ou éveil physiologique
- la conscience ou la capacité d’avoir des expériences mentales conscientes, y compris les pensées, les sentiments et les perceptions
- l’organisation sensorielle, ou comment différentes perceptions et concepts plus abstraits s’entremêlent pour créer une expérience consciente homogène.
Ces trois dimensions interagissent pour produire notre état de conscience global d’instant en instant. Par exemple, lorsque nous sommes pleinement éveillés, nous sommes dans un état de haute conscience, mais lorsque nous nous endormons la nuit, l’éveil et la conscience s’atténuent.
La conscience et l’excitation physiologique reviennent pendant le sommeil paradoxal (mouvements oculaires rapides), c’est-à-dire lorsque des rêves vifs sont le plus susceptibles de se produire. Mais ces expériences sensorielles sont pour la plupart déconnectées des stimuli externes et détachées des concepts qui nous ancrent à la réalité pendant que nous sommes éveillés.
De la même manière, les états de conscience modifiés, tels que ceux induits par les drogues psychédéliques ou les faibles niveaux d’oxygène, impliquent des niveaux normaux d’excitation mais des expériences sensorielles désorganisées.
Celles-ci peuvent inclure des hallucinations de sons, d’odeurs ou de visions, mais aussi une synesthésie, lorsqu’il existe une diaphonie entre des sens généralement discrets, tels que des sons qui évoquent des expériences visuelles.
Les personnes dans le coma ou sous anesthésie peuvent avoir des niveaux d’éveil et de conscience encore plus bas que pendant le sommeil non paradoxal.
Pendant ce temps, dans un étrange état de conscience hybride connu sous le nom de syndrome d’éveil sans réponse, ou état végétatif, les patients subissent des cycles quotidiens de sommeil et d’éveil, mais sans montrer aucun signe de conscience.
Bien qu’ils passent de longues périodes les yeux ouverts, ils ne présentent pas de réponses comportementales aux stimuli externes.
Certains de ces patients retrouveront des signes limités de conscience, connus sous le nom de «
Des patients dans différents états de conscience ont fourni des indices vitaux sur les corrélats neuronaux de la conscience.
Des techniques telles que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et l’électroencéphalographie (EEG) ont révélé l’activité neuronale qui accompagne ces états.
Les scientifiques détectent des modèles d’activité grâce à des mesures de connectivité fonctionnelle, en utilisant des techniques statistiques pour révéler des corrélations entre le moment des événements neuronaux dans différentes parties du cerveau.
Cela révèle les réseaux de régions cérébrales impliquées dans la mémoire de travail, l’attention et l’errance mentale, par exemple.
Lorsqu’ils combinent les données de l’IRMf et de l’EEG, les chercheurs découvrent que l’activité au plus profond du cerveau, dans le
Le thalamus fonctionne comme une station relais sensorielle, tandis que le réseau en mode par défaut est un ensemble de régions à l’intérieur du
En revanche, pendant le sommeil non paradoxal et sous anesthésie, la connectivité fonctionnelle se rompt entre le thalamus et le réseau de mode par défaut et les réseaux corticaux impliqués dans l’attention.
Dans les troubles de la conscience, les chercheurs peuvent voir une connectivité fonctionnelle réduite et des dommages physiques qui affectent les connexions entre le cortex et les structures cérébrales profondes.
Cela démontre à quel point ces connexions sont importantes pour maintenir l’éveil et l’échange d’informations à travers le cerveau.
Malgré les progrès de notre compréhension des corrélats neuronaux de la conscience, les médecins ont encore du mal à diagnostiquer les patients incapables de répondre aux questions ou aux commandes.
Ils ne peuvent pas dire si un tel patient est complètement inconscient, conscient mais déconnecté des stimuli externes, ou conscient et conscient de son environnement, mais incapable de répondre.
Une toute nouvelle approche, rapportée récemment dans
Plutôt que d’enregistrer l’activité dans des régions cérébrales particulières ou des réseaux de régions, la nouvelle technique mesure les gradients d’activité à travers le cerveau.
Cela revient à enregistrer la pente du terrain sur une carte et la façon dont cette pente peut changer au fil du temps, plutôt que simplement l’emplacement des routes, des villes et des villages.
Cette façon innovante d’étudier l’activité cérébrale, qui considère comment la géométrie fonctionnelle façonne la dynamique temporelle, tient compte du fait que chaque région et réseau a de multiples fonctions et connexions.
« La conscience est complexe et l’étudier, c’est comme résoudre un Rubik’s cube brouillé », déclare le premier auteur Dr Zirui Huangprofesseur adjoint de recherche au département d’anesthésiologie de la faculté de médecine de l’Université du Michigan.
« Si vous ne regardez qu’une seule surface, vous pouvez être confus par la façon dont elle est organisée. Vous devez travailler sur le puzzle en regardant toutes les dimensions », ajoute-t-il.
Le Dr Huang et ses collègues ont examiné comment les gradients d’activité neuronale – tels que mesurés par IRMf – changeaient avec les trois principales dimensions de la conscience :
- éveil ou éveil
- conscience
- l’intégration sensorielle.
Les chercheurs se sont appuyés sur des données IRMf existantes enregistrées dans le cerveau de personnes éveillées, sous anesthésie, dans un état dit végétatif – connu sous le nom de «
Ils ont découvert un gradient d’activité qui correspondait à des changements dans les niveaux d’excitation qui s’étendaient des zones de mode visuel et par défaut aux réseaux impliqués dans l’attention.
Un autre gradient évolue au fur et à mesure de la prise de conscience et s’étend des régions impliquées dans la perception et l’action aux régions responsables de l’intégration de l’information et de la formation des concepts abstraits.
Un troisième gradient, lié à l’organisation sensorielle, s’étendait au système visuel et au cortex somatomoteur, qui aide à contrôler le mouvement.
« Nous avons démontré que les perturbations de la conscience humaine – dues à des causes pharmacologiques, neuropathologiques ou psychiatriques – sont associées à une dégradation d’un ou plusieurs des principaux gradients corticaux selon l’état », note le Dr Huang.
Il a dit Nouvelles médicales aujourd’hui que certains patients incapables de répondre de quelque manière que ce soit peuvent encore être conscients. « Il est donc important de développer des approches d’évaluation indépendantes du comportement et des tâches », a-t-il déclaré.
« Selon nos travaux, les mesures du gradient cortical ont le potentiel de réduire l’incertitude de l’évaluation clinique de la conscience chez ces patients », a-t-il ajouté.
Des scientifiques comme le Dr Huang ont découvert beaucoup de choses sur ses corrélats neuronaux, mais leurs découvertes n’éclairent pas beaucoup sur la façon dont le cerveau génère la conscience – le « problème difficile ».
D’autres scientifiques ont fait valoir que pour en savoir plus sur la causes de conscience, vous devez manipuler l’activité cérébrale et voir ce qui se passe.
La stimulation magnétique transcrânienne, ou TMS, est une technique non invasive qui modifie l’activité cérébrale de manière étroitement contrôlée.
La technique consiste à faire passer une forte impulsion électrique à travers une bobine conductrice maintenue près de la tête du participant, créant une brève impulsion magnétique qui induit une activité électrique dans la partie du cerveau la plus proche de la bobine.
Cela stimule l’activité électrique de millions de neurones dans une région de quelques centimètres de diamètre.
Chez un participant éveillé, une impulsion TMS déclenche une chaîne complexe d’activités dans plusieurs zones corticales, alors que dans le sommeil non paradoxal, la même impulsion a un effet beaucoup plus bref et plus localisé.
Pendant le sommeil paradoxal, cependant, le pouls évoque un schéma d’activité similaire à celui observé dans le cerveau d’une personne bien éveillée.
Curieusement, chez les patients éveillés mais dans un état végétatif, la SMT induit des effets locaux de courte durée similaires à ceux observés pendant le sommeil non paradoxal d’une personne en bonne santé.
Mais dans le cerveau des patients éveillés et peu conscients, le TMS évoque une réponse similaire à celle observée chez les personnes en bonne santé et éveillées.
Les chercheurs ont donc conclu que la complexité et l’étendue spatiale de la communication entre les régions du cerveau diminuent à mesure que les niveaux d’éveil et de conscience diminuent.
Malgré les progrès de notre compréhension des corrélats neuronaux de la conscience, la question demeure : comment la conscience découle-t-elle de l’activité cérébrale ?
Les scientifiques ont proposé plusieurs théories. Deux idées dominantes sont théorie globale de l’espace de travail neuronal (GTNO) et théorie de l’information intégrée (ITI).
Espace de travail neuronal global
En bref, le GTNO propose qu’il existe un réseau de connexions à longue portée qui s’étend sur le cerveau, appelé l’espace de travail global.
L’information neuronale devient consciente lorsqu’elle accède à cet espace de travail, ce qui lui permet d’être diffusée dans tout le cerveau, y compris vers des centres spécialisés pour la mémoire, la perception, la production motrice et l’attention.
Fondamentalement, il s’agit d’un cas de « gagnant prend tout » pour une interprétation particulière des données sensorielles lorsqu’elle accède à l’espace de travail global.
Selon Professeur Michael Grazianoprofesseur de psychologie et de neurosciences au Princeton Neuroscience Institute, NJ, et Dr AaronSchurgerprofesseur adjoint au Crean College of Health and Behavioral Sciences de l’Université Chapman à Irvine, en Californie, ce expliquepar exemple, les illusions d’optique « bistables ».
Deux exemples en sont les Cube de Necker et illusion de visage-vasedans lequel la conscience consciente bascule entre deux interprétations alternatives des mêmes données sensorielles.
Informations intégrées
La communication et l’intégration d’informations entre les régions du cerveau sont au cœur de nombreuses théories de la conscience.
L’un d’eux, IIT, utilise une équation complexe pour calculer le degré de conscience d’une entité à partir de la façon dont elle intègre les informations.
Selon l’équation, même les objets inanimés tels que les rochers et les théières ont une lueur de conscience.
Ceci est conforme à la théorie philosophique de panpsychismequi propose que la conscience est une propriété fondamentale de tous les systèmes physiques.
Ce que ça fait de contrôler l’attention
Le professeur Graziano a un problème avec toutes ces théories de la conscience. Il soutient qu’elles ne peuvent même pas être qualifiées de théories car elles n’expliquent pas réellement la conscience, elles ne font que la décrire.
Il compare cela à la différence entre La loi de la gravitation de Newtonqui est une équation qui calcule la force gravitationnelle, et La théorie de la relativité générale d’Einsteince qui explique ce qu’est réellement la gravité.
La propre théorie de la conscience du professeur Graziano, la théorie des schémas d’attentionou AST, ne prétend pas avoir résolu le problème difficile de la conscience, mais cherche plutôt à expliquer pourquoi nous croyons que nous sommes conscients.
Selon AST, les cerveaux des animaux ont développé un modèle – ou schéma – de leur état d’attention actuel qu’ils pourraient utiliser pour prédire et contrôler leur concentration d’attention continue.
Afin de contrôler notre corps, le cerveau utilise un modèle interne de nos membres, leur emplacement dans l’espace et leur fonctionnement. Le professeur Graziano pense que le contrôle de l’attention n’est pas différent.
De plus, il soutient que le schéma d’attention conduit les gens à croire qu’ils ont une essence interne – la conscience – qui leur permet de concentrer leur attention.
Étonnamment, les méditants experts peuvent être capables d’atteindre un état de pure conscience, libre de toute pensée, perception, sentiment ou même d’un sentiment d’individualité, de temps ou d’espace.
Cet état de conscience spécial a fourni plus d’indices sur les corrélats neuronaux de la conscience.
Des chercheurs de l’Université de Fribourg en Allemagne ont utilisé l’EEG pour étudier le cerveau d’un ancien moine bouddhiste qui l’a décrit comme une « ouverture claire et consciente ».
Ils ont trouvé que la notoriété sans contenu était associée à une forte baisse ondes alpha et une augmentation de ondes thêta.
Il y avait aussi un découplage de l’activité du cortex sensoriel et du réseau attentionnel dorsal, mais une forte activité au sein même du réseau attentionnel. Pendant ce temps, il y avait une baisse de l’activité du réseau en mode par défaut.
Le professeur Graziano a déclaré que la conscience sans contenu dans la méditation peut correspondre au modèle prédictif de l’attention décrit dans sa théorie.
Il a dit MNT:
« Je pense que le modèle de l’attention, représentant la propriété de l’attention elle-même, est possible de construire isolément, sans être associé à une chose à laquelle vous assistez. Il se peut en effet que ce soit la conscience sans contenu dont parlent les méditants. Je pense que la méditation consiste essentiellement à pratiquer l’utilisation de votre schéma d’attention.
Même sans pensées, sensations ou sentiments, il semble que l’essence mystérieuse de la conscience demeure.
