Un portrait neuronal de l'esprit humain

Pionnière de l'imagerie cérébrale, Nancy Kanwisher utilise l'IRM fonctionnelle pour visualiser l'activité dans certaines régions du cerveau (souvent le sien). Elle vient partager ce qu'elle et ses collègues en ont appris : le cerveau est constitué à la fois d'éléments très spécialisés et d'une « machinerie » à usage général. Elle a aussi compris qu'il nous reste énormément à apprendre sur le cerveau.

Je vais vous parler

d’un projet qui a été mené

par des scientifiques du monde entier

afin de créer un portrait
neuronal de l’esprit humain.

Et l'idée centrale de ce travail

est que l’esprit humain et le cerveau

ne sont pas un processeur
unique et universel,

mais une collection d'éléments
très spécialisés,

chacun résolvant un problème
spécifique et différent,

mais qui collectivement constituent

ce que nous sommes en tant
qu’êtres humains et penseurs.

Pour vous donner une idée,

imaginez le scénario suivant :

vous entrez dans la garderie
de votre enfant.

Comme d'habitude, il y a
une dizaine d'enfants

attendant d’être récupérés.

Mais cette fois-ci,

les visages des enfants sont
étrangement similaires,

et vous ne savez pas lequel est le vôtre.

Avez-vous besoin de lunettes ?

Perdez-vous la tête ?

Vous vous posez rapidement ces questions.

Non, vous pensez clairement,

et votre vision est parfaitement nette.

Et tout semble normal,

à part pour les visages de ces enfants.

Vous voyez les visages,

mais ils sont tous semblables,

et aucun ne vous est familier,

et c'est en apercevant
un ruban à cheveux orange

que vous trouvez votre fille.

Cette soudaine perte de
capacité à reconnaître les visages

arrive réellement aux gens.

Cela s’appelle la prosopagnosie,

et résulte de lésions

faites à une partie bien précise
du cerveau.

Ce qui est intéressant

est que seule la reconnaissance
de visages est altérée,

tout le reste fonctionne très bien.

La prosopagnosie est un des déficits
mentaux étonnamment spécifiques

résultant de lésions au cerveau.

Ensemble, ces syndromes

présupposent depuis longtemps

que l'esprit est divisé
en éléments distincts,

et les efforts pour découvrir ces éléments

ont énormément accéléré

avec l'invention
des technologies d'imagerie cérébrale,

surtout l'IRM.

L'IRM permet de voir l'anatomie interne

en haute résolution,

et je vais vous montrer

des images en coupe transversale d'IRM

d'objets communs,

on va faire ça rapidement

et vous allez essayer
de deviner ce que c'est.

Allons-y.

Ce n'est pas facile.
C'est un artichaut.

Essayons-en une autre,

allant du bas vers le haut.

La tête d'un brocoli !

C'est pas beau ? J'adore ça.

Encore une.
C'est un cerveau bien sûr.

En fait, c'est mon cerveau.

On traverse ma tête comme ceci.

C'est mon nez à droite,
et maintenant

nous allons juste ici.

C'est une belle image, je trouve,

mais elle ne montre que l'anatomie.

L'imagerie fonctionnelle
a vraiment avancé quand

les scientifiques ont créé

des images montrant
l'anatomie et l'activité cérébrale,

montrant où les neurones sont actifs.

Voici comment ça fonctionne.

Le cerveau est un muscle.

En s'activant,

il a besoin d'un débit sanguin plus élevé,

et heureusement, le débit sanguin
se fait localement dans le cerveau.

Donc si des neurones, disons, ici,

s'activent et déchargent,

le débit sanguin augmentera ici seulement.

Et l'IRM fonctionnelle montrera
cette augmentation du débit sanguin,

montrant une réaction
de l'IRM plus intense

là où l'activité neuronale augmente.

Pour vous montrer concrètement

comment se passe une IRM fonctionnelle

et ce qu'on en apprend

et ce qu'on ne voit pas,

je vais vous décrire
une de mes premières études.

Nous cherchions si une région du cerveau
était associée à la reconnaissance faciale

et tout nous prouvait
qu'il y en avait bien une

tel ce phénomène de prosopagnosie

que je vous ai expliqué.

Mais personne n'avait vu
cette région du cerveau

chez une personne normale,

nous allions donc la chercher.

J'ai donc été la première participante.

Je me suis couchée dans le scanner,

essayant de garder ma tête immobile,

tout en regardant
des photos de visages, comme ceux-ci,

et d'objets comme ceux-ci,

et des visages, et des objets,
pendant des heures.

Maintenant que j'ai presque battu
le record du monde

d'heures passées dans un scanner d'IRM,

je peux vous dire

qu'une compétence recherchée
pour ces recherches en IRM

est un parfait contrôle de sa vessie.

(Rires)

En sortant du scanner,

j'ai fait une rapide analyse des données,

cherchant une région du cerveau

produisant plus de réactions
en regardant des visages

qu'en regardant des objets,

et voici ce que j'ai vu.

Pour les normes actuelles,
cette image est horrible,

mais à l'époque je la trouvais magnifique.

Elle montre cette région juste là,

cette petite goutte,

de la taille d'une olive

sur la surface inférieure de mon cerveau

à plus ou moins 2 ou 3 cm
à l'intérieur à partir d'ici.

C'est cette partie de mon cerveau

qui produit
une plus grande réaction à l'IRM,

donc plus d'activité neuronale,

quand je regardais des visages

que quand je regardais des objets.

C'est super,

mais comment être sûr
qu'il n'y a pas d'erreur ?

Le moyen le plus simple

est de refaire l'expérience.

Je suis retournée dans le scanner,

j'ai regardé d'autres visages
et d'autres objets

et j'ai eu une même goutte,

et je l'ai refait

et je l'ai encore refait

et encore et encore,

et à ce moment-là,

j'ai décidé
que ça ne devait pas être une erreur.

Mais c'était peut-être
spécifique à mon cerveau

et personne d'autre
n'a cette petite goutte-là.

Nous avons donc scanné d'autres personnes

et vu que pratiquement tout le monde

a cette région de reconnaissance faciale

presqu'au même endroit.

La question suivante a dont été :

à quoi sert cette chose ?

Simplement à reconnaître des visages ?

Peut-être pas ?

Peut-être reconnait-il les visages

mais aussi
n'importe quelle partie du corps.

Peut-être réagit-il à ce qui est humain

ou ce qui est vivant

ou ce qui est rond.

Pour être sûr que cette région

soit spécialisée
dans la reconnaissance faciale

est d'exclure ces autres hypothèses.

Nous avons donc passé deux ans

à scanner des gens regardant

différentes images,

démontrant que cette partie du cerveau

réagit fortement

aux images de tous types de visages,

et réagit beaucoup moins

aux images qui ne sont pas des visages,

comme celles-ci.

Pouvons-nous maintenant être surs

que cette région est nécessaire
pour la reconnaissance faciale ?

Non, bien sûr.

L'imagerie cérébrale ne peut jamais dire

si une région est nécessaire
pour quoi que ce soit.

L'imagerie cérébrale montre

simplement si une région s'active ou pas

lorsqu'on pense à différentes choses.

Pour savoir si une partie du cerveau
est nécessaire à une fonction mentale,

vous devez la perturber
et voir ce qu'il se passe,

et normalement,
nous ne pouvons pas faire ça.

Une opportunité s'est présentée récemment

lorsque deux de mes collègues

ont testé cet homme épileptique,

on le voit ici dans son lit d'hôpital

avec des électrodes

sur la surface de son cerveau

pour identifier la source de ses crises.

Et nous avons vraiment eu la chance

que deux des électrodes

soient placées exactement
sur la région des visages.

Avec le consentement du patient,

le médecin lui demanda ce qu'il se passait

quand ils stimulaient électriquement
cette partie de son cerveau.

Le patient ne sait bien sûr pas

où sont mises les électrodes,

il ne connaît pas
cette « région des visages ».

Regardons ce qu'il se passe.

Cela commence avec un test de contrôle,

le mot « Sham » [Faux]
va apparaître très brièvement

en rouge en bas à gauche,

sans qu'aucun courant ne soit envoyé,

et on entendra le neurologue
parler au patient. Regardons.

(Vidéo)
Neurologue : Regardez mon visage

et dites-moi ce qu'il se passe
quand je fais ceci.

D'accord ?

Patient : Ok.

Neurologue : Un, deux, trois.

Patient : Rien.
Neurologue : Rien ? Ok.

Je vais le refaire.

Regardez mon visage.

Un, deux, trois.

Patient : Vous êtes devenu
quelqu'un d'autre.

Votre visage s'est métamorphosé.

Votre nez s'est ramolli
et est allé sur la gauche.

Vous ressembliez à quelqu'un
que je connais,

mais quelqu'un d'autre.

C'était hallucinant.

(Rires)

Nancy : Cette expérience -

(Applaudissements) -

Cette expérience prouve finalement

que cette région du cerveau n'est pas

seulement stimulée par des visages

mais sert aussi à percevoir ces visages.

Je vous ai donc parlé de tout ceci

sur cette région des visages
pour vous montrer

qu'il est difficile de prouver
qu'une région

du cerveau est impliquée
dans un processus mental spécifique.

Je vais rapidement parler maintenant

d'autres régions spécialisées du cerveau

que nous et d'autres avons trouvées.

Pour cela, j'ai passé beaucoup de temps

dans le scanner dernièrement

pour vous les montrer sur mon cerveau.

Commençons.
Voici mon hémisphère droit.

On est orienté comme ceci.
Vous voyez ma tête comme ceci.

Imaginez-la sans crâne,

vous regardez la surface
du cerveau comme ceci.

Ok, comme vous voyez,

la surface est chiffonnée.

Quelque chose peut se cacher dedans.

Nous voulons tout voir.

Nous allons la gonfler
pour la voir entièrement.

Ensuite, trouvons cette région des visages

qui réagit à des images comme celles-ci.

Tournons donc le cerveau

et regardons dans la surface inférieure,

la voici, ma région des visages.

À sa droite, se trouve une autre région,

ici en mauve,

qui réagit quand vous traitez
des informations de couleurs,

et près de ces régions,
s'en trouvent d'autres

impliquées dans la perception de lieux,

comme en ce moment,
je vois l'espace autour de moi

et ces régions en vert ici

sont très actives.

Il y en a une autre
à l'extérieur de cette surface

où se trouvent
d'autres régions des visages.

Dans leur voisinage,

se trouve une région impliquée

dans le traitement
des mouvements perçus,

comme ces points mobiles ici,

elle est en jaune
dans le bas du cerveau,

et tout près, il y a une région qui réagit

quand vous regardez des images
de corps, de parties de corps,

comme celles-ci, elle est en vert citron

sur le bas du cerveau.

Toutes ces régions sont impliquées

dans des aspects particuliers
de la perception visuelle.

Avons-nous aussi des régions spécialisées

du cerveau pour les autres sens,
comme l'ouïe ?

Oui. Si nous tournons un peu le cerveau,

cette région en bleu foncé,

que nous avons signalée
il y a quelques mois,

réagit très fortement

aux sons comme ceux-ci.

(Sirènes)

(Violoncelle)

(Sonnette)

Par contre, elle ne réagit pas

à des sons plus familiers

qui n'ont pas une sonorité claire,
comme ceux-ci.

(Grignotage)

(Roulement de tambour)

(Chasse d'eau)

Ok. À côté de cette région de la sonorité,

se trouvent quelques régions
qui réagissent plutôt

quand vous entendez des paroles.

Regardons ces régions.

C'est très similaire
dans mon hémisphère gauche -

pas identique, mais similaire -

et la plupart
de ces régions s'y trouvent,

parfois de tailles différentes.

Toutes ces régions sont impliquées

dans différents aspects de la perception,

la vision et l'ouïe.

Avons-nous des régions spécialisées

du cerveau pour des processus
mentaux plus complexes ?

Oui, bien sûr.

Ici, en rose sont mes régions du langage.

On sait depuis longtemps

que les alentours du cerveau

sont impliqués
dans le traitement du langage,

mais nous avons démontré récemment

que ces régions en rose

réagissent de manière très sélective.

Elles réagissent quand vous comprenez
le sens d'une phrase,

mais pas en faisant
d'autres choses mentalement complexes,

comme du calcul mental,

ou retenir des informations en mémoire

ou apprécier la structure complexe

d'un morceau de musique.

La région la plus surprenante
trouvée pour l'instant

est celle-ci en turquoise.

Cette région réagit

quand vous pensez
à ce que pense quelqu'un d'autre.

Ça peut sembler bizarre,

mais en fait,
nous faisons ça tout le temps.

Vous le faites en vous rendant compte que

votre partenaire va s'inquiéter

si vous ne l'appelez pas
pour prévenir d'un retard.

Je le fais en ce moment même
avec cette région-là

en me rendant compte que vous tous,

vous vous posez des questions

sur tous ces territoires inconnus
du cerveau

et pourquoi c'est comme ça ?

Moi aussi, je me pose la question,

et nous faisons d'autres tests
dans mon laboratoire

pour essayer d'identifier d'autres régions

du cerveau spécialisées

pour d'autres
fonctions mentales particulières.

En revanche, je pense que nous
n'avons pas

de zones spécialisées

pour chaque fonction mentale importante,

même pour les fonctions mentales
importantes pour la survie.

Il y a quelques années dans mon labo,

ce scientifique

était convaincu

d'avoir trouvé une région du cerveau

pour trouver de la nourriture,

elle réagissait fortement au scanner

quand les gens voyaient
des images comme celles-ci.

Il a ainsi trouvé une réaction similaire

plus ou moins dans la même région

chez 10 des 12 participants.

Il était donc extrêmement content,

courant partout,

criant à tous qu'il serait chez « Oprah »

pour parler de sa grande découverte.

Mais, il a après conçu le test critique :

il a montré aux participants
des images de nourriture comme celles-ci

et les a comparées
à des images de couleurs

et de formes similaires
d'autres choses, comme celles-ci.

Et sa région a réagi de la même manière

aux différentes images.

Ce n'était pas une région

de nourriture mais une région
de couleurs et de formes.

Tant pis pour « Oprah. »

La question maintenant est donc :

comment traitons-nous ces autres choses

pour lesquelles il n'y a pas
de régions spécialisées ?

Je pense qu'en plus

de ces éléments très spécialisés
que j'ai décrits,

nous avons aussi dans nos têtes
une machinerie à usage plus général

qui nous permet d'affronter

tous les problèmes que nous croisons.

Nous avons récemment démontré

que ces régions ici en blanc

réagissent quand nous effectuons
une tâche mentale complexe,

à chaque fois -

en tout cas, des 7 que nous avons testées.

Donc, toutes ces régions dont j'ai parlé

aujourd'hui

sont présentes
pratiquement au même endroit

chez tous les participants normaux.

Je pourrais tester quelqu'un ici,

le scanner,

et trouver toutes ces régions
dans son cerveau,

et ça ressemblerait à mon cerveau,

même si ces régions se différencieraient

sur leur localisation
et leur taille exacte.

Ce que je trouve très important ici

n'est pas vraiment
la localisation exacte de ces régions,

mais le fait très simple que nous avons

des régions sélectives et spécifiques

dans l'esprit et le cerveau.

Ça aurait pu être différent.

Notre cerveau aurait pu être
un seul processeur

à usage général,

plus comme un couteau de cuisine

qu'un couteau suisse.

Ce que l'imagerie cérébrale a révélé

est cette image riche
et intéressante de l'esprit humain.

Nous avons une image de cette machinerie

à usage général

en plus de cette panoplie surprenante

d'éléments très spécialisés.

Nous n'en sommes encore qu'au début.

Nous avons seulement apposé
les premiers coups de pinceau

de ce portrait neuronal
de l'esprit humain.

Les plus grandes questions
restent sans réponse.

Par exemple, quelle est
la fonction exacte de ces régions ?

Pourquoi avons-nous
besoin de trois régions

pour les visages et les lieux ?

Et quelle est
la division du travail entre elles ?

Deuxièmement, comment
toutes ces choses sont-elles

connectées dans le cerveau ?

Avec l'imagerie de diffusion,

vous pouvez suivre des neurones

qui relient entre elles
différentes régions du cerveau,

et avec cette méthode ici,

vous pouvez suivre ces connections
entre des neurones individuels,

pour avoir peut-être un jour
un schéma exact

des connexions de tout le cerveau.

Troisièmement, comment cette structure

systématique se construit-elle,

à travers le développement dans l'enfance

et à travers l'évolution de notre espèce ?

Pour répondre à ces questions,

les scientifiques scannent maintenant

d'autres espèces animales,

ainsi que des bébés.

Beaucoup de gens justifient
le coût de la recherche neuroscientifique

en disant que ça nous aidera un jour

à guérir des maladies
comme Alzheimer et l'autisme.

C'est un objectif très important,

et je serais enchantée
si mon travail y contribue,

mais réparer
ce qui est cassé dans le monde

n'est pas la seule chose
importante à faire.

Les efforts pour comprendre
l'esprit et le cerveau humain

en valent la peine
même s'ils n'aident jamais à guérir

la moindre maladie.

Quoi de plus excitant

que de comprendre
les mécanismes fondamentaux

qui sous-tendent l'expérience humaine,

de comprendre, en fait, qui nous sommes ?

C'est pour moi
la plus grande quête scientifique

de tous les temps.

(Applaudissements)