Le neurone obsédé par Jennifer Aniston

1434 lectures. Publié le 15 March 2018 par dans la catégorie Cognition, Neurosciences, Sciences de la Vie

Le neurone obsédé par Jennifer Aniston

Et voilà une nouvelle vidéo de neurosciences pour changer un peu. Saviez-vous que vous avez dans le cerveau un neurone obsédé par Jennifer Aniston ? Et même par le *concept* de Jennifer Aniston ?

Pour ceux et celles qui préfèrent le texte, transcription de la vidéo (pavé de texte incoming) :

Quand j’étais petit, j’adorais mémoriser des informations qui servent à rien, comme la date de naissance de chanteurs rock, la composition des fraises tagada, ou mes cours d’histoire-géo. Et puis un jour, je me suis fait la remarque que, comme mon cerveau est un organe fini enfermé dans un espace restreint, ma mémoire était forcément limitée, donc si je continuais à apprendre des choses inutiles, il allait bientôt plus y avoir de place pour les choses plus utiles. J’avais cette idée que toute information inutile que j’apprenais venait remplir une des cases vides de ma mémoire, et que si je continuais comme ça ma mémoire allait bientôt être saturée de choses inutiles. Depuis ce jour-là, j’ai complètement arrêté d’apprendre des choses inutiles, sauf celles qu’on nous apprend à l’école parce qu’on n’a pas le choix.

Évidemment à l’époque, j’avais aucune connaissance sur la façon dont fonctionne un cerveau, je devais avoir une dizaine d’année, mais ce qui est marrant, c’est que je devais à nouveau être confronté à la question de l’infinité de la mémoire bien des années plus tard pendant mes études en sciences cognitives, quand j’ai découvert le “neurone Jennifer Aniston”, ou le “neurone de concept”, mais on va garder le terme de neurone Jennifer Aniston parce que c’est quand même plus glamour.

Pour comprendre ce neurone Jennifer Aniston, il faut que je vous raconte une petite histoire. On est au début des années 2000, pas très loin de Los Angeles, et des patients épileptiques sont sur le point de se faire opérer. Vous savez peut-être que l’épilepsie est une condition qui se caractérise par des neurones qui se mettent à avoir une activité électrique anormale, ils se mettent à faire n’importe quoi, et parfois on est capables de soigner ça avec des médicaments, mais quand les médicaments ne suffisent pas il faut passer à la chirurgie. Le but de la chirurgie c’est d’enlever ce qu’on appelle le foyer épileptique, qui est la zone du cerveau d’où part l’activité électrique anormale. Et tout ça bien sûr en enlevant le strict minimum, il est pas question d’enlever des morceaux de cerveau à la louche. Et pour trouver la position de ce foyer épileptique dans le cerveau, on peut utiliser des techniques d’imagerie externes comme l’EEG mais quand ça ne suffit pas, on est obligé d’aller implanter des électrodes directement dans le cerveau des patients pendant plusieurs jours pour enregistrer l’activité électrique de leurs neurones.

Bref, on est au début des années 2000, et des patients sont sur le point de se faire opérer. Et là, ils se font approcher par des chercheurs qui leur font une proposition. Les chercheurs leur disent : “puisque que de toute façon vous allez être cloués à l’hôpital dans les jours qui viennent… puisque que de toute façon vous allez être cloués à l’hôpital pendant plusieurs jours avec des électrodes dans le cerveau, est-ce que ça vous embête si on en profite pour vous faire faire quelques petites expériences sur ordinateur pour voir la façon dont vos neurones vont réagir ?”. Ce qui est très intéressant pour les chercheurs, c’est qu’avec cette technique ils peuvent enregistrer l’activité de neurones *individuels*, ils peuvent enregistrer l’activité électrique de neurones un à la fois. Dans les faits ils enregistrent l’activité de plusieurs neurones et ensuite avec des méthodes informatiques ils arrivent à filtrer le signal d’un seul neurone, mais peu importe, au final ils se retrouvent avec l’activité électrique d’un seul neurone. Imaginez que vous là, pendant que vous regardez cette vidéo, devant votre écran, on vous a percé un minuscule trou dans le crâne, et que dans ce trou on a fait passer une électrode qui est pas plus grande qu’un cheveu. Et grâce à cette électrode, on est capable d’enregistrer l’activité d’un seul de vos neurones parmi les dizaines de milliards de neurones que vous avez. C’est une technique d’une précision incroyable mais qu’on ne peut mettre en oeuvre que dans des circonstances particulières comme ce moment où des épileptiques vont se faire opérer.

Alors il y a 8 patients qui répondent positivement à la demande des chercheurs, qui acceptent de jouer le jeu et de faire avancer la science. Donc les chercheurs commencent leurs expériences. Et parmi les expériences qu’ils veulent faire, il y en a une c’est de présenter des images aux patients pour voir comment leurs neurones réagissent. Et là, en faisant ça, ils se rendent compte que chez un patient, il y a un neurone qui réagit tout le temps, à chaque fois qu’on présente des images de Jennifer Aniston. Pour ceux qui regardent pas trop la télé ou qui sont nés au XXIe siècle, personne n’est parfait, Jennifer Aniston c’est cette actrice qui est célèbre pour avoir joué dans la série Friends. Et donc, dans une zone du cerveau qu’on appelle le lobe temporal médian et qui se trouve à peu près là sur le côté du cerveau, derrière l’oreille, les chercheurs trouvent un neurone qui réagit tout le temps aux images de Jennifer Aniston. Vous lui présentez une image de Bill clinton, pas de réaction, une image d’araignée, pas de réaction, une image de la tour Eiffel, pas de réaction. Quand je dis que le neurone “réagit”, c’est qu’il se met à produire une activité électrique particulière, peu importe les détails, mais disons que le neurone s’active, il s’excite. Et il s’excite tout le temps pour les images de Jennifer Aniston. Et ce qui est plus intéressant, c’est qu’il s’excite pour Jennifer Aniston peu importe la façon dont vous lui présentez Jennifer Aniston. Peu importe que Jennifer Aniston soit en train de sourire, de pleurer, ou de griller des chamalows devant un feu de camp, le neurone s’excite. Peu importe que Jennifer Aniston soit présentée en gros plan, en plan large, en plongée ou contre-plongée. Le neurone s’excite. C’est comme si le neurone nous disait : “peu importe la façon dont tu me présentes Jennifer Aniston ; tant que je reconnais que c’est Jennifer Aniston, je m’excite”.

Et doublement plus intéressant, ce neurone ne réagit pas qu’à des images de Jennifer Aniston, il réagit aussi au nom Jennifer Aniston écrit sur un écran, et il réagit aussi au nom Jennifer Aniston prononcé à voix haute. Ça montre que c’est pas un neurone qui réagit à des stimuli visuels spécifiquement, c’est un neurone bien plus général que ça, c’est un neurone qui réagit au *concept* de Jennifer Aniston. Vous-même qui êtes en train de regarder cette vidéo, pour peu que vous connaissiez Jennifer Aniston avant de lancer cette vidéo, vous avez très probablement dans votre cerveau un neurone qui est spécialisé dans la reconnaissance du concept de Jennifer Aniston. Et c’est bien sûr pas limité qu’à Jennifer Aniston : les chercheurs, chez d’autres patients, ont trouvé un neurone qui réagissait au concept de l’opéra de Sydney, ils ont trouvé, chez un autre patient encore, un neurone qui réagissait au concept de Mère Thérésa, ou chez un autre patient encore ils ont trouvé un neurone qui réagissait au concept de Luke Skywalker. Donc il se pourrait bien que pour chaque concept important de votre vie, vous ayez des neurones de concept associés dans votre cerveau.

OK, donc on a dans notre cerveau des neurones qui codent pour des concepts assez généraux, mais qu’est-ce que ça nous dit sur le cerveau et sur la façon dont il stocke de l’information ? Déjà, est-ce qu’on n’a qu’un seul neurone par concept ? Est-ce qu’on n’a qu’un seul neurone Jennifer Aniston? La réponse est très probablement non, les chercheurs n’ont pas directement cherché à répondre à cette question parce qu’ils avaient d’autres questions plus intéressantes, mais il est probable que s’ils avaient cherché plus longtemps, ils auraient trouvé d’autres neurones Jennifer Aniston. Et la raison pour ça c’est que la probabilité de tomber par hasard sur un neurone qui réagit au concept de Jennifer Aniston est minuscule. Il faut vous imaginer que quand les chercheurs font leur expérience, ils ont pas vraiment le choix du neurone qu’ils vont enregistrer parce que la position des électrodes est avant tout dictée par des raisons médicales, ce qui est normal. Ce que font les chercheurs, c’est qu’ils vont présenter plein d’images au patient en espérant que parmi toutes ces images il y en ait au moins une qui fasse réagir le neurone sur lequel l’électrode est en train de pointer. Donc si ils ont trouvé grâce à cette méthode en quelques jours un neurone qui réagissait à Jennifer Aniston, il est très probable qu’il en existe plein d’autres. Grâce à des méthodes statistiques, les chercheurs ont pu estimer qu’il devait y avoir au maximum un million de neurones Jennifer Aniston. Alors un million ça peut paraître beaucoup, j’étais en train de vous parler du neurone Jennifer Aniston, maintenant je vous dis qu’il pourrait y en avoir un million, ça fait une sacrée différence. Mais il faut se rappeler que, d’une part un million ça reste relativement faible comparé au milliard de neurones que nous avons dans cette partie du cerveau. Et d’autre part pour maximiser la probabilité de trouver un neurone qui réagissait à quelque chose, les chercheurs ont présenté des images familières aux patients. Ils savaient par exemple que le patient chez qui on a trouvé le neurone Jennifer Aniston était fan de la série Friends. Il est possible, il est même très probable que, avec des concepts moins familiers, quelques dizaines de milliers ou même quelques milliers de neurones suffisent à encoder un concept. Donc on a probablement pas *un* neurone Jennifer Aniston mais une poignée de neurones Jennifer Aniston, tout en gardant en tête qu’une poignée peut signifier quelques dizaines de milliers.

Autre question intéressante, est-ce qu’un neurone est nécessairement associé à un seul concept ? Est-ce que le neurone Jennifer Aniston est fidèle à Jennifer Aniston, est-ce qu’il ne s’excite que quand on lui présente des images de Jennifer Aniston ? La réponse est non, la plupart des neurones testés réagissent à plus d’un concept. Par exemple, le neurone Jennifer Aniston réagissait également au concept de Lisa Kudrow, qui est une autre actrice de la série Friends. Le neurone qui réagissait au concept de Luke Skywalker réagissait également au concept de Yoda. Le neurone de la tour Eiffel réagissait également au concept de la tour de Pise. Or réagir à des concepts liés c’est une propriété intéressante parce qu’on peut imaginer que ça aide à créer des liens entre les différents concepts. Imaginez qu’on vous présente une photo de Luke Skywalker, ça va activer votre réseau de neurones qui code pour le concept de Luke Skywalker, et parmi ces neurones se trouveront quelques neurones qui codent également pour le concept de Yoda, ce qui va vous permettre d’activer à nouveau le concept de Yoda. C’est comme ça que, quand on vous parle de Luke Skywalker, vous allez automatiquement vous rappeler d’autres éléments de l’univers de Starwars.

On vient de voir qu’un neurone pouvait coder pour plusieurs concepts, mais ne vous imaginez pas qu’un neurone puisse coder pour des milliers de concept. On estime que au maximum, un neurone peut coder pour quelques dizaines de concepts. Et c’est là qu’on en revient à mes questionnements d’enfant, parce si chaque neurone ne peut coder que pour quelques concepts, comment on fait pour stocker en mémoire les dizaines ou les centaines de milliers de concepts auxquels on est exposés quotidiennement – non seulement le concept de Jennifer Aniston, mais aussi le concept de Jennifer Aniston qui sourit, qui prend le bus, ou qui achète des bitcoins. C’est ce qu’on appelle un problème d’explosion combinatoire, le nombre de combinaisons de concepts à retenir explose et devient trop important, au moins en théorie, pour être supporté par nos pauvres petits neurones. La solution à ce problème repose sur ce qu’on appelle un concept précisément et plus exactement sur ce qu’on appelle un concept digne d’être mémorisé.

D’abord il faut être conscient que la zone du cerveau dont on parle, le lobe temporal médian, joue un rôle dans la mémorisation et la remémorisation des concepts mais pas dans la perception des concepts. Un patient qui souffrait d’épilepsie dans les années 50 s’était fait enlevé une partie de cette zone du cerveau. Après l’opération, il pouvait encore reconnaître les objets et les personnes autour de lui, et il pouvait encore se rappeler de sa vie avant l’opération, mais il était devenu incapable de créer de nouveaux souvenirs. Ce patient ne pouvait plus transformer sa vie en nouveaux souvenirs, un peu comme dans le film Mémento pour ceux qui l’ont vu. Ce que nous montre cet exemple, c’est que cette zone du cerveau ne sert pas à reconnaître les concepts en soi, mais à les amener à notre conscience afin de fabriquer de nouveaux souvenirs avec. Le neurone Jennifer Aniston, son boulot n’est pas de reconnaître Jennifer Aniston, ça c’est un boulot qui a déjà été fait avant par d’autres parties du cerveau, mais c’est un neurone qui nous dit, “tiens je viens de voir Jennifer Aniston, si tu veux tu peux créer le souvenir que tu viens de voir Jennifer Aniston”. Ou encore c’est un neurone qui dit, “tiens je viens de voir Jennifer Aniston, c’est un concept qui est associé au concept de Lisa Kudrow”. Le neurone Jennifer Aniston c’est une brique qui sert à créer de nouveaux souvenirs, et qui sert à lier les concepts entre eux au moment de la remémoration de souvenirs anciens.

Et c’est important de savoir que ces neurones sont des neurones de mémoire plus que de perception, parce qu’on a pas envie de se rappeler d’une quantité incroyable de détails à chaque fois qu’on fait quelque chose. C’est utile que le neurone Jennifer Aniston réagisse au concept de Jennifer Aniston en général et pas plus spécifiquement à Jennifer Aniston qui sourit ou qui porte des tongs, parce que quand on voit Jennifer Aniston à la télé, ou quand on déjeune avec elle en ce qui me concerne, on n’a pas envie de se rappeler de chacun des détails qui la compose, comme la couleur de ses vêtements, la marque de ses lunettes, le nombre de boutons qu’elle a sur son visage, etc… Donc pour ces neurones Jennifer Aniston, Jennifer Aniston qui sourit n’est pas un concept pertinent qui vaut la peine d’être mémorisé sur le long terme. Et donc il est possible qu’en prenant cette définition plus restreinte d’un concept, on soit au final exposés à beaucoup moins de concepts et que notre cerveau puisse se permettre d’utiliser des neurones différents à chaque fois pour encoder des concepts différents.

Attention, c’est important que vous ne généralisiez pas ce que je vous dis là à l’ensemble du cerveau. Là je vous parle de ce qui se passe dans une zone du cerveau bien précise, qui est impliquée comme on l’a vu entre autres dans la mémoire des choses qui nous sont arrivées dans la vie, ce qu’on appelle la mémoire épisodique. Mais il existe d’autres types de mémoire qui stockent des informations différentes et on a des bonnes raisons de penser que dans les zones du cerveau qui codent pour ces autres types de mémoires, l’organisation neuronale est différente. C’est pas le sujet de cette vidéo et je vous mets des liens dans la description pour ceux qui veulent en savoir plus, mais en tout cas ne prenez pas cette vidéo comme un cours général sur l’organisation de la mémoire dans le cerveau, prenez la plutôt comme une introduction à la mémoire à travers un exemple amusant qui est celui du neurone Jennifer Aniston.

Je vous résume tout ce qu’on vient de voir en 3 points, si vous retenez que ça ça sera déjà super :

– premièrement, on a dans le cerveau des neurones qui réagissent à des concepts généraux comme le concept Jennifer Aniston, sans se soucier des détails et de la façon dont ces concepts sont présentés
– deuxièmement chaque concept est encodé par relativement peu de neurones mais chaque neurone peut coder pour plusieurs concepts qui sont généralement liés
– et troisièmement, les propriétés de ces neurones font qu’ils sont très efficaces pour transformer notre vie en souvenirs, en créant rapidement des liens entre différents concepts sans se mélanger les pinceaux

C’est la fin de cette vidéo, j’espère qu’elle vous a plu, c’est la première vidéo de neurosciences que je fais, il y en aura sûrement d’autres. Ce que j’aime bien d’un point de vue très personnel dans cette histoire, c’est qu’on a un aperçu privilégié de la façon dont l’évolution a résolu le problème compliqué de la création de souvenirs, parce que c’est un problème compliqué, il faut réussir à identifier les concepts, les relier entre eux sans les mélanger. Si on donnait ce problème des ingénieurs ils se casseraient les dents pendant longtemps. Et là grâce à cette méthode qui nous permet d’enregistrer un seul neurone à la fois on a la chance d’observer la solution produite par des millions d’années d’évolution. On est pas certains que ce soit une solution optimale, peut-être que le hasard a joué un rôle dans cette organisation neuronale, mais comme on observe des organisations neuronales différentes dans différentes zones du cerveau en fonction du type d’information à stocker, il y a de fortes chances pour que la structure que l’on observe soit étroitement liée avec la fonction. Si vous avez pas compris la dernière phrase que je viens de dire c’est pas grave on reviendra dessus dans une prochaine vidéo.

Le script de cette vidéo a été relu par Thomas Andrillon, chercheur en neurosciences que je ne vais pas vous présenter plus que ça parce que j’aurai l’occasion de le faire en détail dans une prochaine vidéo, mais quand même grand merci à lui. Et comme d’habitude, toutes les sources que vous pouvez vouloir sont dans la description de la vidéo. À très bientôt !

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