Notre cerveau est principalement constitué de poussière d’étoiles, et maintenant de nouvelles recherches suggèrent que ce n’est peut-être pas la seule chose que notre matière grise ait en commun avec l’Univers.

Image d’entête : scanne/ tomodensitométrie boite crânienne (Zephyr / Science Photo Library) avec, en image de fond, une représentation informatisée de la distribution de la matière dans l’univers issue de la simulation du Bolchoï. (Anatoly Klypin et Joel Primack)

Tout comme ce dernier, nos cerveaux pourraient être programmés pour maximiser le désordre, semblable au principe de l’entropie, et notre conscience pourrait simplement en être un effet secondaire.

La quête visant à comprendre la conscience humaine, notre capacité à être conscients de nous-mêmes et de notre environnement, dure depuis des siècles. Bien qu’elle soit une partie cruciale de l’être humain, les chercheurs ne savent toujours pas vraiment d’où elle vient et pourquoi nous en profitons.

Mais une nouvelle étude, menée par des chercheurs français et canadiens, propose une nouvelle possibilité : et si la conscience émergeait naturellement du fait que nos cerveaux maximisent leur contenu informationnel. En d’autres termes, et si la conscience était un effet secondaire de notre cerveau se “déplaçant” vers un état d’entropie.

L’entropie est essentiellement le terme utilisé pour décrire la progression d’un système ordonné vers le désordre. Imaginez un œuf : quand tout est parfaitement séparé en jaune et blanc, il a une faible entropie, mais quand vous le brouillez, il a une entropie élevée, la plus désordonnée possible. C’est, selon de nombreux physiciens, ce qui arrive à notre Univers. Après le Big Bang, celui-ci est passé progressivement d’un état d’entropie faible à une entropie élevée, et parce que la deuxième loi de la thermodynamique stipule que l’entropie ne peut qu’augmenter dans un système, elle pourrait expliquer pourquoi la flèche du temps n’est dirigée que vers l’avant.

Les chercheurs ont donc décidé d’appliquer la même idée aux connexions dans notre cerveau et d’examiner si elles présentent des modèles dans la façon dont elles choisissent de s’ordonner alors que nous sommes conscients.

Pour le déterminer, une équipe de l’université de Toronto et de l’université Paris Descartes a utilisé un type de théorie des probabilités, appelé mécanique statistique (Statistical mechanics), pour modéliser les réseaux de neurones dans le cerveau de 9 personnes, dont 7 souffraient d’épilepsie.

Plus précisément, ils ont examiné la synchronisation des neurones (ou rythme cérébral), s’ils oscillaient (électromagnétiquement) en phase les uns avec les autres, afin de déterminer si les cellules du cerveau étaient liées ou non.

Ils ont examiné deux ensembles de données : ils ont d’abord comparé les modèles de connectivité lorsque les participants étaient endormis et éveillés et puis ils ont observé la différence lorsque 5 de 7 personnes épileptiques avaient des crises et quand leurs cerveaux étaient dans un “état d’alerte” normal.

Dans les deux cas, ils ont observé la même tendance : les cerveaux des participants présentaient une entropie plus élevée lorsqu’ils étaient complètement conscients.

Selon les chercheurs :

Nous trouvons un résultat étonnamment simple : les états de veille normaux sont caractérisés par le plus grand nombre de configurations possibles d’interactions entre les réseaux cérébraux, représentant les valeurs d’entropie les plus élevées.

Cela a amené les chercheurs à estimer que la conscience pourrait simplement être une «propriété émergente» d’un système qui essaie de maximiser l’échange d’information.

Bien que très intéressante, l’étude à ses limites, principalement au vu de la petite taille de l’échantillon. Il est difficile de repérer des tendances concluantes avec seulement 9 personnes, d’autant plus que chacun de leur cerveaux réagit légèrement différemment aux différents états.

Le physicien Peter McClintock de l’université de Lancaster au Royaume-Uni, qui n’a pas participé à la recherche, a déclaré dans Physics World que les résultats étaient « intrigants », mais qu’ils devaient être reproduits dans un plus grand nombre d’états cérébraux, comme lorsque les patients sont anesthésie.

Mais l’étude est un bon point de départ pour d’autres recherches, et suggère une nouvelle hypothèse pour expliquer pourquoi notre cerveau a tendance à être conscient.

L’équipe envisage maintenant d’étudier les résultats plus avant, en mesurant l’état thermodynamique des différentes régions pour comprendre si ce qui se passe est une véritable entropie, ou un autre type d’organisation. Ils veulent également étendre leurs expériences au comportement cognitif général comme, par exemple, d’observer comment l’organisation neurale change lorsque des personnes se concentrent sur une tâche et quand elles sont distraites.

Tout cela est encore un bon rappel que nous sommes tous connectés par les lois qui régissent l’Univers.

L’étude publiée dans Physical Review E : Towards a statistical mechanics of consciousness: maximization of number of connections is associated with conscious awareness.