L’activité neuronale du cerveau est irrégulière, changeant d’un moment à l’autre. À ce jour, on a pensé que ce «bruit» apparent était dû à des variations naturelles aléatoires ou à une erreur de mesure. Cependant, des chercheurs de l’Institut Max Planck pour le développement humain ont montré que cette variabilité neuronale peut fournir une fenêtre unique sur le fonctionnement du cerveau. Dans un nouvel article Perspective paru maintenant dans la revue Neuron, les auteurs soutiennent que les chercheurs doivent se concentrer davantage sur la variabilité neurale pour comprendre pleinement comment le comportement émerge du cerveau.
Lorsque les neuroscientifiques étudient le cerveau, son activité semble varier tout le temps. Parfois, l’activité est plus ou moins élevée, rythmée ou irrégulière. Alors que la moyenne de l’activité cérébrale a servi de moyen standard de visualiser comment le cerveau «fonctionne», les modèles irréguliers et apparemment aléatoires des signaux neuronaux ont souvent été ignorés. De manière frappante, de telles irrégularités dans l’activité neuronale apparaissent indépendamment du fait que des neurones uniques ou des régions entières du cerveau soient évalués. Les cerveaux semblent toujours «bruyants», ce qui soulève la question de savoir ce qu’une telle variabilité neuronale d’un instant à l’autre peut révéler sur la fonction cérébrale.
À travers une foule d’études au cours des 10 dernières années, des chercheurs du Lifespan Neural Dynamics Group (LNDG) de l’Institut Max Planck pour le développement humain et du Max Planck UCL Center for Computational Psychiatry and Aging Research ont systématiquement examiné le «bruit» du cerveau. montrant que la variabilité neuronale a une influence directe sur le comportement. Dans un nouvel article Perspective publié dans la revue Neuron, le LNDG en collaboration avec l’Université de Lübeck met en évidence ce qui est désormais une preuve substantielle soutenant l’idée que la variabilité neuronale représente une dimension clé, mais sous-estimée, pour comprendre les relations cerveau-comportement. « Les animaux et les humains peuvent en effet s’adapter avec succès aux exigences environnementales, mais comment un tel succès comportemental peut-il émerger face à la variabilité neuronale? Nous soutenons que les neuroscientifiques doivent lutter avec la possibilité que le comportement émerge en raison de la variabilité neurale, et non malgré elle, »déclare Leonhard Waschke, premier auteur de l’article et stagiaire postdoctoral du LNDG.
Une étude récente du LNDG publiée dans la revue eLife illustre le lien direct entre la variabilité neuronale et le comportement. L’activité cérébrale des participants a été mesurée par électroencéphalographie (EEG) alors qu’ils répondaient à de faibles cibles visuelles. Lorsqu’on disait aux gens de détecter autant de cibles visuelles que possible, la variabilité neuronale augmentait généralement, alors qu’elle était régulée à la baisse lorsqu’on demandait aux participants d’éviter les erreurs. Surtout, ceux qui étaient mieux en mesure d’adapter leur variabilité neuronale à ces exigences de tâche ont mieux performé sur la tâche. «Mieux un cerveau peut réguler son« bruit », mieux il peut traiter des informations inconnues et y réagir. Les méthodes traditionnelles d’analyse de l’activité cérébrale ne tiennent tout simplement pas compte de tout ce phénomène. dit Niels Kloosterman, boursier postdoctoral du LNDG, premier auteur de cette étude et co-auteur de l’article dans Neuron.
Le LNDG continue de démontrer l’importance de la variabilité neuronale pour un comportement humain réussi dans une série d’études en cours. Qu’il soit demandé de traiter un visage, de se souvenir d’un objet ou de résoudre une tâche complexe, la capacité de moduler la variabilité d’un instant à l’autre semble être requise pour des performances cognitives optimales. «Les neuroscientifiques ont vu ce« bruit »dans le cerveau pendant des décennies mais n’ont pas compris ce que cela signifie. Un nombre croissant de travaux de notre groupe et d’autres soulignent que la variabilité neuronale peut en effet servir de signal indispensable de succès comportemental à part entière «Avec la disponibilité croissante d’outils et d’approches pour mesurer la variabilité neuronale, nous sommes ravis qu’une telle hypothèse soit désormais immédiatement testable», déclare Douglas Garrett, chercheur principal et chef du groupe LNDG. Dans les prochaines phases de leur recherche, le groupe prévoit d’examiner si la variabilité neuronale et le comportement peuvent être optimisés par la stimulation cérébrale, l’entraînement comportemental ou la médication.