Bits de votre cerveau vont dormir pendant que vous êtes éveillé

Bits de votre cerveau vont dormir pendant que vous êtes éveillé

Quand nous sommes dans un sommeil profond, l'activité de notre cerveau fluctue en grandes vagues évidentes, comme regarder une marée de corps humains se lever et s'asseoir autour d'un stade de sport. C'est difficile à manquer.

Une nouvelle recherche avec des singes montre que ces mêmes cycles existent dans le sillage comme dans le sommeil, mais avec seulement de petites sections assis et debout à l'unisson plutôt que le stade entier. C'est comme si de minuscules parties du cerveau s'endormaient indépendamment et se réveillaient tout le temps.

Qui plus est, il semble que lorsque les neurones ont passé à l'état le plus actif ou le plus actif, ils réagissent mieux au monde. Les neurones passent également plus de temps à l'état actif lorsqu'ils sont attentifs à une tâche. Cette découverte suggère que les processus qui régulent l'activité cérébrale dans le sommeil pourraient également jouer un rôle dans l'attention.

«L'attention sélective est similaire à la prise de conscience de petites parties de votre cerveau», explique Tatiana Engel, stagiaire postdoctorale à l'Université de Stanford et co-auteure principale de la recherche. Les sciences. Nicholas Steinmetz, ancien étudiant diplômé, était l'autre auteur principal, qui a mené les expériences de neurophysiologie dans le laboratoire de Tirin Moore, professeur de neurobiologie et l'un des auteurs principaux.

Pins et neurones

Comprendre ces cycles nouvellement découverts nécessite de savoir un peu comment le cerveau est organisé. Si vous piquiez une épingle directement dans le cerveau, toutes les cellules du cerveau que vous toucheriez répondraient aux mêmes types de choses. Dans une colonne, ils peuvent tous répondre à des objets dans une partie particulière du champ visuel, en haut à droite, par exemple.

L'équipe a utilisé ce qui équivaut à des ensembles de broches très sensibles qui peuvent enregistrer l'activité d'une colonne de neurones dans le cerveau. Dans le passé, les gens savaient que les neurones individuels passaient par des phases plus ou moins actives, mais avec cette sonde, ils voyaient pour la première fois que tous les neurones d'une même colonne faisaient un cycle très rapide, puis tiraient beaucoup plus lentement. taux, similaire à des cycles coordonnés dans le sommeil.

«Pendant un état de fonctionnement, les neurones commencent à se déclencher rapidement», explique Kwabena Boahen, professeur de bioingénierie et de génie électrique et auteur principal du document. "Puis tout d'un coup, ils passent juste à un faible taux de tir. Cette commutation marche-arrêt se produit tout le temps, comme si les neurones tournaient une pièce de monnaie pour décider s'ils allaient être allumés ou éteints.

Ces cycles, qui se produisent de l'ordre des secondes ou des fractions de secondes, n'étaient pas aussi visibles à l'éveil car la vague ne se propage pas beaucoup au-delà de cette colonne, contrairement au sommeil où la vague se propage dans presque tout le cerveau. détecter.

Faites attention

L'équipe a constaté que les états d'activité supérieur et inférieur se rapportent à la capacité de répondre au monde. Le groupe a eu sa sonde dans une région du cerveau chez les singes qui détecte spécifiquement une partie du monde visuel. Les singes avaient été entraînés à prêter attention à un repère indiquant que quelque chose dans une partie particulière du champ visuel - la partie supérieure droite, disons, ou la partie inférieure gauche - était sur le point de changer légèrement. Les singes ont ensuite eu un régal s'ils ont correctement identifié qu'ils avaient vu ce changement.

Lorsque l'équipe a donné une indication de l'endroit où un changement pourrait se produire, les neurones dans la colonne qui détecte cette partie du monde ont tous commencé à passer plus de temps dans l'état actif. Essentiellement, ils continuaient tous à tourner à l'unisson entre les États, mais ils passaient plus de temps à l'état actif s'ils faisaient attention. Si le changement de stimulus survient lorsque les cellules sont dans un état plus actif, le singe est également plus susceptible d'identifier correctement le changement.

"Le singe est très bon pour détecter les changements de stimulus lorsque les neurones dans cette colonne sont à l'état activé mais pas à l'état inactif", explique Engel. Même lorsque le singe savait faire attention à une zone particulière, si les neurones passaient à un état d'activité inférieur, le singe manquait souvent le changement de stimulus.


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Engel a déclaré que cette constatation est quelque chose qui pourrait être familier à beaucoup de gens. Parfois, vous pensez que vous faites attention, elle a souligné, mais vous manquerez toujours des choses.

Les scientifiques ont déclaré que les résultats se rapportaient également à des travaux antérieurs, qui ont montré que les animaux plus alertes et les humains ont tendance à avoir des pupilles qui sont plus dilatées. Dans le travail actuel, lorsque les cellules du cerveau passaient plus de temps dans un état actif, les pupilles du singe étaient également plus dilatées. Les résultats démontrent une interaction entre les oscillations synchrones dans le cerveau, l'attention à une tâche et les signes extérieurs de vigilance.

«Il semble que les mécanismes sous-jacents à l’attention et à l’excitation soient parfaitement interdépendants», déclare Moore.

Est-ce que cela économise l'énergie?

Une question qui ressort de ce travail est la raison pour laquelle les neurones passent dans un état d'activité inférieur lorsque nous sommes éveillés. Pourquoi ne pas rester tout le temps dans l'état le plus actif au cas où le tigre à dents de sabre attaque?

Une réponse pourrait concerner l'énergie. "Il y a un coût métabolique associé aux décharges de neurones tout le temps", dit Boahen. Le cerveau utilise beaucoup d'énergie et peut-être que donner aux cellules la possibilité de faire l'équivalent énergétique de s'asseoir permet au cerveau d'économiser de l'énergie.

En outre, lorsque les neurones sont très actifs, ils génèrent des sous-produits cellulaires qui peuvent endommager les cellules. Engel a souligné que les états à faible activité pourraient laisser le temps d'évacuer ces déchets neuronaux.

"Cet article suggère des endroits pour chercher ces réponses", dit Engel.

À propos des auteurs

Les co-auteurs supplémentaires incluent des collègues de l'université de Newcastle. Le financement provient du NIH, de Stanford NeuroVentures, de l'HHMI, du MRC et du Wellcome Trust.

La source: L'Université de Stanford

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