Même lorsqu’une personne est complètement inconsciente sous anesthésie générale, son cerveau peut encore faire quelque chose de remarquable : traiter le langage, reconnaître des schémas et même anticiper les mots qui suivront.
Des chercheurs du Baylor College of Medicine ont découvert que le cerveau conserve des capacités étonnamment sophistiquées pendant l’anesthésie, malgré l’absence de conscience. Les résultats, publiés dans la revue Natureremettre en question les hypothèses traditionnelles sur la relation entre la conscience et la pensée. Ils pourraient également fournir de nouvelles informations sur la manière dont le cerveau traite les souvenirs et le langage, ce qui pourrait conduire à des avancées technologiques aidant les personnes à communiquer après des lésions neurologiques.
“Nos résultats montrent que le cerveau est beaucoup plus actif et capable pendant l’inconscience qu’on ne le pensait auparavant”, a déclaré le Dr Sameer Sheth, professeur et titulaire de la chaire de neurochirurgie de la Fondation Cullen et boursier McNair à Baylor. “Même lorsque les patients sont complètement anesthésiés, leur cerveau continue d’analyser le monde qui les entoure.”
Enregistrement de l’activité cérébrale pendant l’anesthésie générale
Pour étudier ce qui se passe à l’intérieur du cerveau inconscient, Sheth, qui est également neurochirurgien au centre médical Baylor St. Luke, et ses collègues ont étudié des patients subissant une intervention chirurgicale pour l’épilepsie sous anesthésie générale.
Ces procédures ont offert une occasion inhabituelle d’examiner l’hippocampe, une structure cérébrale profondément impliquée dans l’apprentissage et la mémoire. Situé dans le lobe temporal du cerveau, l’hippocampe aide à organiser l’information et joue un rôle important dans la formation de nouveaux souvenirs.
Les chercheurs ont utilisé des dispositifs d’enregistrement avancés appelés sondes Neuropixels pour surveiller les signaux électriques provenant de centaines de neurones individuels dans l’hippocampe. Ces minuscules sondes peuvent détecter simultanément l’activité de nombreuses cellules nerveuses, fournissant ainsi une image détaillée de la façon dont des groupes de neurones réagissent aux informations.
Selon les chercheurs, cette technologie n’avait jamais été utilisée auparavant pour étudier de cette manière cette région particulière du cerveau. Cela a permis à l’équipe d’examiner comment l’hippocampe réagit aux sons et au langage alors que les patients sont inconscients et incapables de rapporter ce qu’ils ressentent.
La première expérience consistait à jouer une série de tonalités répétitives, parfois interrompues par un son différent des autres.
Même si les patients étaient sous anesthésie, les neurones de leur hippocampe réagissaient différemment aux sons inattendus. Plus surprenant encore, les cellules cérébrales sont devenues meilleures pour distinguer ces tonalités inhabituelles à mesure que l’expérience se poursuivait.
Cette amélioration suggérait que l’hippocampe montrait des signes de plasticité neuronale, la capacité du cerveau à modifier ses réponses grâce à l’expérience. En d’autres termes, certains des processus fondamentaux associés à l’apprentissage semblent rester actifs même sans conscience.
Le cerveau inconscient peut traiter le langage et prédire les mots
Les chercheurs ont ensuite testé si le cerveau inconscient était capable de gérer quelque chose de plus compliqué que de simples sons.
Ils ont joué des histoires courtes aux patients anesthésiés tout en continuant à enregistrer l’activité des neurones de l’hippocampe.
Les résultats ont révélé un niveau surprenant de traitement du langage. Des modèles distincts d’activité neuronale contenaient des informations sur différentes catégories de mots, notamment des noms, des verbes et des adjectifs. Cela suggère que l’hippocampe répondait à des caractéristiques significatives du langage plutôt que de simplement détecter les sons.
Mais la découverte la plus intrigante est allée encore plus loin.
Les chercheurs ont découvert que l’activité neuronale transportait également des informations pouvant être utilisées pour prédire les mots à venir dans une phrase. Même si les patients étaient inconscients, leur cerveau semblait anticiper la manière dont le langage se déroulant autour d’eux pourrait continuer.
“Le cerveau semble anticiper la suite d’une histoire, même sans en être conscient”, a déclaré Sheth, qui est également directeur des laboratoires de la Fondation de recherche en neurologie pédiatrique Gordon et Mary Cain au sein de l’Institut de recherche neurologique Duncan de l’hôpital pour enfants du Texas.
Cette capacité est liée à un processus appelé codage prédictif. Plutôt que de recevoir passivement des informations, le cerveau utilise continuellement des schémas et des expériences antérieures pour anticiper ce qui pourrait arriver ensuite. Lorsque vous écoutez quelqu’un parler, par exemple, le cerveau peut utiliser les mots déjà entendus pour former des attentes sur ce qui va probablement suivre.
Les scientifiques ont généralement étudié ce type de prédiction sophistiquée chez des personnes éveillées et attentives. En trouver des preuves au cours d’une anesthésie générale suggère qu’au moins certains des processus neuronaux sous-jacents peuvent fonctionner indépendamment de la conscience.
“Ce type de codage prédictif est quelque chose que nous associons au fait d’être éveillé et attentif, mais cela se produit ici dans un état inconscient”, a déclaré le Dr Benjamin Hayden, professeur de neurochirurgie à Baylor.
Que signifie cette découverte pour la conscience ?
Les résultats soulèvent des questions importantes sur la contribution réelle de la conscience à la capacité du cerveau à traiter l’information.
La conscience est généralement associée à la conscience subjective, y compris l’expérience d’entendre, de penser et de comprendre le monde qui nous entoure. Pourtant, l’étude suggère que certains processus neuronaux impliqués dans l’interprétation du langage et la prévision des informations futures peuvent se poursuivre même lorsque cette conscience est absente.
Cela ne signifie pas nécessairement que les patients anesthésiés ont consciemment compris les histoires qui leur étaient racontées. Au lieu de cela, cela indique que le cerveau peut effectuer des aspects étonnamment complexes du traitement du langage sans qu’une personne en soit consciente.
Cette distinction pourrait aider les chercheurs à mieux comprendre comment émerge la conscience.
Une possibilité est que la conscience ne dépend pas simplement du fait que certaines régions du cerveau restent actives, mais aussi de la manière dont les informations sont coordonnées et partagées au sein de réseaux plus vastes de régions du cerveau.
Selon ce point de vue, une structure telle que l’hippocampe pourrait continuer à analyser les informations même lorsque la communication plus large entre les régions du cerveau, nécessaire à l’expérience consciente, est perturbée.
Une connexion surprenante entre le cerveau et l’intelligence artificielle
La découverte met également en évidence une similitude intrigante entre l’activité cérébrale humaine et l’intelligence artificielle (IA).
Les grands modèles linguistiques, la technologie derrière de nombreux chatbots d’IA modernes, génèrent du texte en utilisant des modèles appris à partir d’énormes quantités de données linguistiques pour prédire ce qui devrait suivre.
Les chercheurs ont observé une capacité prédictive connexe dans l’hippocampe, où les signaux neuronaux reflétaient des informations sur les mots à venir, même en cas d’inconscience.
Bien que les cerveaux biologiques et les modèles d’IA fonctionnent de manière fondamentalement différente, tous deux peuvent utiliser des modèles de langage pour anticiper les informations futures. L’étude de ces similitudes pourrait aider les scientifiques à mieux comprendre le fonctionnement de la prédiction dans les systèmes naturels et artificiels.
Les résultats pourraient également avoir des implications pratiques pour les interfaces cerveau-ordinateur, qui utilisent les signaux enregistrés par le cerveau pour communiquer avec des appareils externes.
Une application potentielle concerne les prothèses vocales, des technologies conçues pour aider les gens à communiquer lorsque des blessures ou des problèmes neurologiques ont altéré leur capacité à parler.
Si les scientifiques parviennent à identifier de manière fiable des signaux linguistiques significatifs dans le cerveau, ces signaux pourraient éventuellement être utilisés pour soutenir les technologies de communication pour les patients ayant perdu leurs capacités d’élocution.
“Pouvons-nous utiliser ces signaux pour déployer et exécuter une prothèse vocale pour certaines parties du cerveau endommagées par un accident vasculaire cérébral ou une blessure ? Ce sont des questions que nous pouvons maintenant considérer en relation avec cette partie du cerveau”, a déclaré le Dr Vigi Katlowitz, premier auteur et résident en neurochirurgie à Baylor.
Les scientifiques repensent les limites du cerveau inconscient
Malgré ces résultats frappants, les chercheurs soulignent que plusieurs questions restent sans réponse.
Les expériences ont été menées sous un type particulier d’anesthésie générale, de sorte que les résultats ne peuvent pas être automatiquement étendus à d’autres méthodes d’anesthésie ou à d’autres états d’inconscience.
On ne sait pas non plus si un traitement similaire du langage se produit pendant le sommeil ou le coma, deux conditions très différentes de l’inconscience d’origine médicale.
Une autre limite importante est que les chercheurs se sont concentrés sur l’hippocampe. D’autres études seront nécessaires pour déterminer si des capacités comparables persistent dans d’autres régions du cerveau et comment ces zones interagissent lorsque la conscience est absente.
Néanmoins, les résultats fournissent des preuves irréfutables que l’inconscience ne signifie pas nécessairement que le cerveau a cessé d’effectuer un traitement sophistiqué de l’information.
Au lieu de cela, le cerveau peut continuer à analyser des modèles, à réagir à des événements inattendus et à anticiper le langage même lorsqu’une personne n’a pas conscience du monde qui l’entoure.
“Ce travail nous pousse à repenser ce que signifie être conscient”, a déclaré Sheth. “Le cerveau fait bien plus en coulisses que nous ne le comprenons pleinement.”
