NEUROSCIENCES COGNITIVES

L'étude des processus cognitifs repose sur une combinaison de techniques

Si l'I.R.M.f. permet de visualiser l'ensemble des structures cérébrales s'activant lors d'une tâche cognitive, elle ne fournit aucune information temporelle sur l'ordre dans lequel elles ont été activées. Pour aborder la dynamique temporelle des processus cérébraux, il faut utiliser l'électroencéphalographie (E.E.G.) ou la magnétoencéphalographie (M.E.G.).

L'enregistrement d'un signal électrique ou magnétique reflète l'activité synchrone de plusieurs milliers de neurones. Là encore, pour réduire la variabilité et extraire un signal interprétable, il faut moyenner les enregistrements sur de nombreuses répétitions de la stimulation et/ou de la tâche. Mais chaque méthode a ses limites. Si l'activité enregistrée en E.E.G. ou M.E.G. nous donne des informations temporelles, il est très difficile de déterminer la localisation des populations de neurones à l'origine du signal. C'est ce qu'on appelle le « problème inverse ». De nombreux algorithmes permettent d'estimer la localisation de ces sources d'activité, mais ne convergent pas toujours vers la même réponse.

Pour combiner « résolution temporelle » de l'E.E.G. et « résolution spatiale » de l'I.R.M., la solution consiste bien sûr à enregistrer simultanément E.E.G. et I.R.M. Les informations obtenues par ces deux techniques doivent ensuite être « fusionnées », ce qui demande l'élimination de nombreux artefacts et un recalage complexe des foyers d'activités localisés par l'E.E.G. d'un côté et l'I.R.M. de l'autre. Tout au début des années 2000, une première étude a montré la faisabilité de ces enregistrements simultanés, mais la complexité des analyses demandées a freiné l'utilisation de cette double approche.

Un autre problème est lié au caractère générique ou spécifique des activations observées. Lorsqu'une structure cérébrale donnée s'active à une tâche cognitive particulière, comment savoir si cette structure est véritablement indispensable à la bonne exécution de la tâche ? L'observation des déficits cognitifs présentés par des patients porteurs de lésions cérébrales peut apporter une première réponse, mais ces lésions concernent rarement une seule structure cérébrale. Pour répondre à cette question, les chercheurs disposent maintenant de la « stimulation magnétique transcrânienne » (S.M.T.) qui interrompt ou perturbe le fonctionnement d'une région précise du cortex cérébral et peut être utilisée chez l'homme sain. Un champ magnétique généré par une bobine placée juste au-dessus du crâne permet de stimuler une région corticale sans douleur et sans acte invasif pour le sujet. Appliquée en chocs uniques ou répétés, elle est utilisée en recherche fondamentale pour perturber le fonctionnement de la région corticale stimulée et en déterminer le rôle. Appliquée de façon répétitive, elle est de plus en plus fréquemment utilisée en clinique (dépression, récupération après AVC, schizophrénie, douleur, acouphènes…), mais reste encore souvent expérimentale.

On comprend à quel point le prodigieux essor du domaine des neurosciences cognitives est étroitement lié aux considérables progrès techniques qui ont révolutionné les neurosciences. Mais l'I.R.M.f. et la T.E.P., même en combinaison avec des enregistrements E.E.G. ou M.E.G., ne permettent pas de répondre à la question fondamentale que posent les neurosciences cognitives, à savoir la nature même des représentations neurales dans notre cerveau. Comment le fonctionnement de populations de neurones organisées en réseaux cérébraux peut-il expliquer notre capacité à percevoir le monde qui nous entoure, à interagir avec lui, à raisonner, à anticiper, à comprendre autrui ? [...]

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Michèle FABRE-THORPE : directrice de recherche de première classe CNRS
Simon THORPE : directeur de recherche de première classe, CNRS

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