Publié le 2025-11-05 01:50:00. Des chercheurs du MIT ont identifié un mécanisme cérébral fascinant : des ondes d’activité neuronale synchronisée, comparables à des « tours » ou des « bergers », aideraient notre esprit à retrouver sa concentration après une distraction. Cette découverte, réalisée sur des animaux, ouvre de nouvelles perspectives sur le fonctionnement de l’attention et du calcul mental.
- L’activité neuronale synchronisée, se manifestant comme une onde rotative, joue un rôle clé dans le recentrage de l’attention.
- Une méthode mathématique, le codage de sous-espace, a permis de visualiser ces « rotations » cérébrales et de les lier à la performance cognitive.
- Ces rotations neuronales correspondent à des phénomènes physiques observables d’ondes progressives dans le cortex, suggérant un mode de calcul analogique économe en énergie.
L’esprit humain, bien que parfois sujet à la dispersion, possède une capacité remarquable à se réorienter. Des travaux menés au Picower Institute for Learning and Memory du MIT viennent éclaircir les mécanismes sous-jacents à ce processus. Dans une étude portant sur des animaux, les scientifiques ont observé que des vagues d’activité neuronale synchronisée, se propageant comme des « ondes rotatives » à travers le cerveau, jouaient un rôle crucial pour ramener la pensée sur la tâche à accomplir.
« Les ondes rotatives agissent comme des bergers qui ramènent le cortex vers le bon chemin de calcul », explique Earl K. Miller, professeur au Picower Institute et auteur principal de l’étude.
Earl K. Miller, professeur Picower à l’Institut Picower et au Département des sciences du cerveau et des sciences cognitives du MIT
Les expériences ont impliqué des animaux réalisant une tâche de mémoire de travail visuelle, confrontés à des distractions occasionnelles. Ces perturbations entraînaient, comme attendu, une baisse de performance, se traduisant par des erreurs ou des ralentissements. Durant ces phases, les chercheurs ont monitoré l’activité électrique de centaines de neurones du cortex préfrontal, une zone cérébrale essentielle à la prise de décision et aux fonctions cognitives complexes.
Pour analyser les variations de cette activité neuronale dans différentes conditions (avec ou sans distraction, lors de performances précises ou erronées), l’équipe a eu recours à une technique mathématique appelée « codage de sous-espace ». Cette approche permet de visualiser comment des groupes de neurones coordonnent leur activité et de révéler des schémas d’organisation sous-jacents.
« Comme des étourneaux murmurant dans le ciel ».
Earl K. Miller
Après chaque distraction, les chercheurs ont constaté un schéma de rotation dans le sous-espace, simulant une reconstitution de l’ordre après une dispersion. Selon Earl K. Miller, ce mouvement circulaire refléterait la récupération par le cerveau de son état coordonné initial après l’interruption.
L’ampleur de cette rotation s’est avérée prédictive de la réussite de la tâche. En l’absence d’erreur suite à une distraction, l’activité neuronale formait un cercle complet, indiquant une récupération totale. En revanche, lorsque la distraction entraînait une perturbation, le cercle restait incomplet, et les rotations étaient plus lentes, témoignant d’une difficulté accrue du cerveau à maintenir sa pleine concentration.
Une autre observation clé est que la récupération était d’autant meilleure que le temps entre la distraction et la réponse requise était long. Les données ont révélé que ce délai permettait au cerveau de parfaire sa rotation dans l’espace mathématique, restaurant ainsi sa concentration neuronale et comportementale.
Le codage de sous-espace a mis en évidence un mode de fonctionnement neuronal hautement coordonné, basé sur un modèle de rotation, qui contribue à maintenir l’attention. Il est à noter que ces rotations apparaissaient spécifiquement en présence de distractions, quelle que soit leur nature, et ne se manifestaient pas spontanément.
Ces « rotations » mathématiques observées par codage de sous-espace ont trouvé une correspondance directe dans des mesures physiques de l’activité neuronale. Les chercheurs ont découvert que cette activité se traduisait effectivement par une onde réelle, progressive, tournant à travers le cortex. Diverses mesures ont confirmé cet ordre spatial de l’activité neuronale, avec des angles en constante évolution, caractéristiques d’une vague d’activité se propageant sur la surface corticale. Cette onde physique tournait à la même vitesse que celle représentée mathématiquement dans le codage de sous-espace.
« Il n’y a, en principe, aucune raison pour qu’une rotation dans ce sous-espace mathématique corresponde directement à une rotation à la surface du cortex. Et pourtant, c’est le cas. Cela me suggère que le cerveau utilise ces ondes progressives pour effectuer réellement des calculs, des calculs analogiques. Le calcul analogique est bien plus économe en énergie que le numérique, et la biologie privilégie les solutions économes en énergie. C’est une façon différente et plus naturelle de penser au calcul neuronal. »
Earl K. Miller
Cette étude, dont les travaux ont été publiés le 3 novembre dans le *Journal des neurosciences cognitives*, a été dirigée par Tamal Batabyal, chercheur postdoctoral à l’Institut Picower. Outre Miller et Batabyal, Scott Brincat, Jacob Donoghue, Mikael Lundqvist et Meredith Mahnke ont contribué à la recherche.
Le financement de cette étude a été assuré par l’Office of Naval Research, le Simons Center for the Social Brain, la Freedom Together Foundation et le Picower Institute for Learning and Memory.