L’homme a appris à voyager dans l’espace, à éradiquer les maladies et à comprendre la nature au niveau des particules fondamentales, qui sont d’une finesse époustouflante.
Pourtant, nous n’avons aucune idée de la manière dont la conscience – notre capacité à expérimenter et à apprendre le monde de cette manière et à en faire part aux autres – naît dans le cerveau.
En fait, alors que les scientifiques s’efforcent de comprendre la conscience depuis des siècles, celle-ci reste l’une des plus importantes questions sans réponse des neurosciences modernes.
Notre nouvelle étude, publiée dans Science Advances, apporte un éclairage sur ce mystère en mettant en évidence les réseaux cérébraux qui sont à l’œuvre lorsque nous sommes conscients.
Il ne s’agit pas seulement d’une question philosophique. Déterminer si un patient est “conscient” après avoir subi une grave lésion cérébrale est un énorme défi, tant pour les médecins que pour les familles qui doivent prendre des décisions en matière de soins.
Les techniques modernes d’imagerie cérébrale commencent à lever cette incertitude, nous donnant un aperçu sans précédent de la conscience humaine.
Par exemple, nous savons que des zones cérébrales complexes, comme le cortex préfrontal ou le précuneus, qui sont responsables d’une série de fonctions cognitives supérieures, sont généralement impliquées dans la pensée consciente.
Cependant, les grandes aires cérébrales font beaucoup de choses. Nous avons donc voulu découvrir comment la conscience est représentée dans le cerveau au niveau de réseaux spécifiques.
La raison pour laquelle il est si difficile d’étudier les expériences conscientes est qu’elles sont entièrement internes et que d’autres personnes ne peuvent y avoir accès.
Par exemple, nous pouvons tous deux regarder la même image sur nos écrans, mais je n’ai aucun moyen de savoir si mon expérience de la vision de cette image est similaire à la vôtre, à moins que vous ne m’en parliez.
Seuls les individus conscients peuvent avoir des expériences subjectives et, par conséquent, le moyen le plus direct d’évaluer si quelqu’un est conscient est de lui demander de nous en parler.
Mais que se passerait-il si vous perdiez votre capacité à parler ? Dans ce cas, je pourrais toujours vous poser des questions et vous pourriez peut-être signer vos réponses, par exemple en hochant la tête ou en bougeant la main.
Bien sûr, les informations que j’obtiendrais de cette manière ne seraient pas aussi riches, mais elles seraient tout de même suffisantes pour que je sache que vous avez effectivement des expériences.
Si vous n’étiez pas capable de produire des réponses, je n’aurais aucun moyen de savoir si vous êtes conscient et je supposerais probablement que vous ne l’êtes pas.
Recherche de réseaux
Notre nouvelle étude, fruit d’une collaboration entre sept pays, a permis d’identifier des signatures cérébrales susceptibles d’indiquer la présence d’un état de conscience sans qu’il soit nécessaire de demander aux patients d’effectuer une tâche particulière, et de différencier les patients conscients des patients inconscients après une lésion cérébrale.
Lorsque le cerveau est gravement endommagé, par exemple lors d’un grave accident de la route, les gens peuvent se retrouver dans le coma. Il s’agit d’un état dans lequel vous perdez votre capacité à être éveillé et conscient de votre environnement et avez besoin d’une assistance mécanique pour respirer.
Il ne dure généralement pas plus de quelques jours. Après cela, les patients se réveillent parfois mais ne montrent aucun signe de conscience d’eux-mêmes ou du monde qui les entoure – c’est ce qu’on appelle un “état végétatif”.
Il est également possible qu’ils ne montrent que des signes d’une conscience très minimale, ce que l’on appelle un état de conscience minimale. Pour la plupart des patients, cela signifie que leur cerveau perçoit encore des choses mais qu’ils ne les vivent pas.
Cependant, un petit pourcentage de ces patients sont effectivement conscients mais simplement incapables de produire des réponses comportementales.
scanner IRMf (Semiconscious/Wikipedia/Domaine public)
Nous avons utilisé une technique connue sous le nom d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui nous permet de mesurer l’activité du cerveau et la façon dont certaines régions “communiquent” avec d’autres.
Plus précisément, lorsqu’une région du cerveau est plus active, elle consomme plus d’oxygène et a besoin d’un apport sanguin plus important pour répondre à ses besoins.
Nous pouvons détecter ces changements même lorsque les participants sont au repos et mesurer comment ils varient d’une région à l’autre pour créer des schémas de connectivité dans le cerveau.
Nous avons utilisé cette méthode sur 53 patients dans un état végétatif, 59 personnes dans un état de conscience minimale et 47 participants en bonne santé. Ils provenaient d’hôpitaux de Paris, Liège, New York, Londres et Ontario.
Les patients de Paris, Liège et New York ont été diagnostiqués au moyen d’évaluations comportementales standardisées, par exemple en leur demandant de bouger une main ou de cligner des yeux.
En revanche, les patients de Londres ont été évalués à l’aide d’autres techniques avancées d’imagerie cérébrale qui demandaient au patient de moduler son cerveau pour produire des réponses neuronales au lieu de réponses physiques externes – par exemple, imaginer qu’on bouge sa main au lieu de la bouger réellement.
(Tagliazucchi et al. 2019)
Nous avons trouvé deux principaux modèles de communication entre les régions. L’un reflète simplement les connexions physiques du cerveau, comme la communication uniquement entre les paires de régions qui ont un lien physique direct entre elles.
Cela a été observé chez des patients n’ayant pratiquement aucune expérience consciente.
L’autre représentait des interactions dynamiques très complexes à l’échelle du cerveau entre un ensemble de 42 régions cérébrales appartenant à six réseaux cérébraux jouant un rôle important dans la cognition (voir image ci-dessus). Ce schéma complexe était presque uniquement présent chez les personnes ayant un certain niveau de conscience.
Il est important de noter que ce schéma complexe disparaissait lorsque les patients étaient sous anesthésie profonde, ce qui confirme que nos méthodes étaient effectivement sensibles au niveau de conscience des patients et non à leurs lésions cérébrales générales ou à leur réactivité externe.
Une recherche comme celle-ci pourrait permettre de comprendre comment des biomarqueurs objectifs peuvent jouer un rôle crucial dans la prise de décision médicale.
À l’avenir, il pourrait être possible de développer des moyens de moduler de manière externe ces signatures de conscience et de restaurer un certain degré de conscience ou de réactivité chez les patients qui les ont perdues, par exemple en utilisant des techniques de stimulation cérébrale non invasives telles que la stimulation électrique transcrânienne.
En effet, dans mon groupe de recherche à l’université de Birmingham, nous commençons à explorer cette voie.
Cette recherche nous rapproche également de la compréhension de l’apparition de la conscience dans le cerveau.
Avec davantage de données sur les signatures neuronales de la conscience chez les personnes qui connaissent divers états de conscience altérés – allant de la prise de psychédéliques à l’expérience de rêves lucides – nous pourrions un jour résoudre le puzzle.