Pourquoi nous n’hallucinons pas tout le temps ?

Récemment, une équipe dirigée par des chercheurs de l’université de Stanford (États-Unis) pense qu’elle a trouvé un moyen de faire halluciner des souris sans leur donner de LSD ou de champignons magiques. Les neuroscientifiques se demandaient pourquoi nous n’hallucinons pas tout le temps.

Si nous sommes “connectés” comme des souris, disent-ils, ça devrait être très facile à faire.

Karl Deisseroth et ses collègues ont découvert qu’il leur suffisait de stimuler un nombre étonnamment restreint de cellules nerveuses, ou neurones, dans le cortex visuel des souris pour induire une image illusoire dans leur esprit et les amener à se comporter d’une manière particulière.

Et, selon eux, cela vaut la peine d’être connu, parce que cela pourrait aider à mieux comprendre le traitement naturel de l’information dans le cerveau et les troubles psychiatriques comme la schizophrénie.

Selon M. Deisseroth :

En 2012, nous avions décrit la capacité de contrôler l’activité de neurones sélectionnés individuellement chez un animal éveillé et alerte. Maintenant, pour la première fois, nous avons été en mesure d’améliorer cette capacité à contrôler plusieurs cellules spécifiées individuellement à la fois, et de faire percevoir à un animal quelque chose de spécifique qui en fait n’est pas vraiment là et d’agir en conséquence.

Deisseroth est l’un des principaux représentants de l’optogénétique, une technologie qui permet aux chercheurs de stimuler des neurones spécifiques chez des animaux plus ou moins libres de leurs mouvements, avec des impulsions lumineuses et d’observer les effets qui en résultent sur les fonctions cérébrales et le comportement des animaux. Avec trois collègues, ils ont été honorés cette semaine pour leurs travaux précurseurs.

Dans leur dernière étude, Deisseroth et son équipe de Stanford ont utilisé un dispositif spécialement conçu pour projeter des hologrammes, des configurations tridimensionnelles de photons ciblés, sur et dans le cortex visuel d’une souris.

Comme ils le décrivent, ces photons se posent à des endroits précis le long de neurones spécifiques, et ils peuvent alors surveiller l’activité résultante de presque tous les neurones individuellement dans deux couches distinctes du cortex cérébral en contenant plusieurs milliers.

Lorsqu’on montrait à des souris des séries aléatoires de barres horizontales et verticales affichées sur un écran, les chercheurs enregistraient quels neurones du cortex visuel exposé étaient activés de préférence par l’une ou l’autre orientation. À partir de ces résultats, ils ont été en mesure d’identifier des populations dispersées de neurones individuels qui étaient  » réglés  » sur des affichages visuels horizontaux ou verticaux.

Ils ont ensuite pu « lire » ces enregistrements sous forme d’hologrammes qui produisaient des taches de lumière infrarouge seulement sur les neurones qui réagissaient à des barres horizontales ou verticales.

L’activité neuronale résultante en aval, même à des endroits relativement éloignés des neurones stimulés, était assez similaire à celle observée lorsque le stimulus naturel, une barre noire horizontale ou verticale sur fond blanc, était affiché à l’écran.

Ensuite, ils ont entraîné les souris à lécher l’extrémité d’un tube voisin pour trouver de l’eau quand elles apercevaient une barre verticale, mais pas quand elles en voyaient une horizontale ou rien. Au fur et à mesure que la capacité des souris à distinguer les barres horizontales et verticales s’améliorait, les chercheurs réduisaient le contraste noir-blanc pour rendre la tâche progressivement plus difficile.

La performance des souris s’améliorait si les affichages visuels étaient complétés par une stimulation optogénétique simultanée, mais seulement lorsque celle-ci était compatible avec la stimulation visuelle, par exemple, un affichage avec des barres verticales, plus la stimulation des neurones préalablement identifiés comme susceptibles de s’activer en réponse aux barres orientées verticalement.

Une fois que les souris étaient devenues aptes à faire la distinction entre les barres horizontales et verticales, les chercheurs ont pu induire un comportement de “léchage de tube” par simple projection du programme holographique « vertical » sur le cortex visuel de la souris. Mais les souris ne lécheraient pas le tube si le programme « horizontal » était projeté à la place.

Pour Deisseroth :

Non seulement l’animal fait la même chose, mais le cerveau aussi. On sait qu’on recrée la perception naturelle ou qu’on crée quelque chose de semblable.

Dans les premières expériences, l’équipe avait identifié les neurones comme étant réglés sur une orientation horizontale ou verticale, mais ne pouvait pas stimuler chacun d’eux par l’optogénétique. Cependant, une fois les souris entraînées, la stimulation optogénétique de seulement 20 neurones, voire moins, suffisait pour que les souris réagissent par un comportement approprié de léchage ou de non léchage.

Toujours selon M. Deisseroth :

Il est tout à fait remarquable de constater à quel point il faut peu de neurones pour stimuler spécifiquement un animal afin de générer une perception.

Un cerveau de souris a des millions de neurones, un cerveau humain en a plusieurs milliards.

Si une vingtaine de personnes seulement peuvent créer une perception, alors pourquoi n’hallucinons-nous pas tout le temps, à cause d’une fausse activité aléatoire ? Notre étude montre que le cortex mammifère est en mesure de réagir à un nombre étonnamment faible de cellules sans provoquer de fausses perceptions en réponse au bruit.

L’étude publiée dans la revue Science : Cortical layer–specific critical dynamics triggering perception et présentée sur le site de l’université de Stanford : Stanford team stimulates neurons to induce particular perceptions in mice’s minds.