Les neuroscientifiques ont découvert comment le cerveau apprend les tâches physiques, même en l'absence de mouvement dans le monde réel.
Cela pourrait dépendre d'amener l'esprit au bon point de départ et d'être prêt à exécuter parfaitement tout ce qui suit avec un processus appelé «répétition mentale».
"Il est juste assis là à penser, et comme il pense qu'il va de mieux en mieux ..."
Les psychologues et les athlètes savent que cela fonctionne: nous imaginer suivre des routines, qu'il s'agisse de patinage artistique ou de quelque chose de plus banal, améliore nos chances de succès.
«La répétition mentale est alléchante, mais difficile à étudier», explique Saurabh Vyas, étudiant diplômé en bioingénierie à l'Université de Stanford et auteur principal d'un nouvel article publié dans Neuron. C'est parce qu'il n'y a pas de moyen facile de scruter le cerveau d'une personne alors qu'elle s'imagine courir pour gagner ou pratiquer une performance.
"C'est là que nous pensions que les interfaces cerveau-machine pourraient être cette lentille, car elles vous permettent de voir ce que fait le cerveau même lorsqu'il ne bouge pas", dit-il.
Bien qu'il y ait quelques mises en garde importantes, les résultats pourraient ouvrir la voie à une compréhension plus profonde de ce qu'est la répétition mentale. En outre, les chercheurs pensent que les résultats pourraient conduire à un avenir où les interfaces cerveau-machine, généralement considérées comme des prothèses pour les personnes paralysées, sont également des outils pour comprendre le cerveau, explique Krishna Shenoy, auteur principal, professeur à la School of Engineering de Stanford et membre de Stanford Bio-X et du Stanford Neurosciences Institute.
De la pensée à l'action
L'idée de l'étude est venue en réfléchissant à la façon dont les gens apprennent à utiliser les interfaces cerveau-machine pour effectuer une tâche, dit Vyas. Dans une configuration typique, une personne - ou, très souvent, un singe - doit apprendre à déplacer un curseur sur un écran d'ordinateur en utilisant uniquement des modèles d'activité dans le cerveau, pas la main ou d'autres mouvements. Cela a amené Vyas à se demander si ce que les gens (ou les singes) ont appris en utilisant les interfaces cerveau-machine pourrait d'une manière ou d'une autre être transféré, d'une manière similaire à la répétition mentale, aux mouvements physiques.
"Il est juste assis là à penser, et comme il pense qu'il va de mieux en mieux" en déplaçant le curseur, dit Vyas, se référant à l'un des singes qu'il a étudiés. «La question naturelle devient: que se passe-t-il si vous passez à un autre contexte, où il doit maintenant générer une activité musculaire? Voyez-vous les effets de cet apprentissage dans ce nouveau contexte? »
La réponse courte est «oui», l'apprentissage mental se transfère à la performance physique. Vyas a d'abord enseigné à deux singes équipés d'interfaces cerveau-machine pour déplacer un curseur d'un endroit à un autre sur un écran d'ordinateur en utilisant uniquement leur esprit, puis a introduit une complication, appelée rotation visuomotrice: quels signaux mentaux ils ont précédemment utilisés pour déplacer un curseur vers le haut serait maintenant le déplacer à un angle, disons 45 degrés dans le sens horaire.
Les singes se sont facilement adaptés, et cette adaptation s'est poursuivie lorsqu'ils ont répété la même tâche en utilisant leurs mains, plutôt que l'interface cerveau-machine, pour contrôler directement le curseur. Maintenant, si les singes voulaient déplacer le curseur vers le haut, ils déplaçaient leurs mains à 45 degrés dans le sens des aiguilles d'une montre.
Cela suggérait que les singes faisaient quelque chose comme une répétition mentale, dit Vyas - ce qu'ils avaient appris à faire dans leur esprit, ils pouvaient alors le faire avec leurs mains.
Quelques expériences supplémentaires et une analyse de l'activité neuronale enregistrée suggèrent la raison pour laquelle: répéter la tâche avec une interface cerveau-machine a mis les modèles d'activité dans le cerveau des singes juste au bon endroit, afin qu'ils puissent effectuer la même tâche de rotation avec leur mains, même s'ils ne l'avaient jamais fait auparavant.
«Un nouvel outil»
«Il y a des différences clés entre notre paradigme et la vraie répétition mentale», dit Vyas, et il y a des raisons de se méfier de l'interprétation trop large des résultats.
D'une part, vous ne pouvez pas simplement demander à un singe d'imaginer terminer une activité physique, comme vous le pourriez avec une personne. D'autre part, répéter mentalement une tâche n'est pas la même chose que d'utiliser une interface cerveau-machine pour le faire. Dans ce dernier cas, les gens obtiennent une rétroaction sur la façon dont ils font, quelque chose qu'ils ne peuvent imaginer qu'en répétition mentale.
«Nous ne pouvons pas prouver la connexion sans l'ombre d'un doute», dit Shenoy, mais «c'est une étape majeure dans la compréhension de ce que la répétition mentale pourrait bien être en chacun de nous.»
Les prochaines étapes, selon lui et Vyas, consistent à comprendre comment la répétition mentale se rapporte à la pratique avec une interface cerveau-machine - et comment la préparation mentale, l'ingrédient clé du transfert de cette pratique aux mouvements physiques, se rapporte au mouvement.
Pendant ce temps, dit Shenoy, les résultats démontrent le potentiel d'un outil entièrement nouveau pour étudier l'esprit. «C'est comme construire un nouvel outil et l'utiliser pour quelque chose», explique Shenoy. «Nous avons utilisé une interface cerveau-machine pour sonder et faire progresser la science fondamentale, et c'est tout simplement super excitant.»
Le financement de l'étude provenait des National Institutes of Health, de la National Science Foundation, d'une bourse Ric Weiland Stanford Graduate Fellowship, d'une bourse Bio-X Bowes, de l'ALS Association, de la Defense Advanced Research Projects Agency, de la Simons Foundation et de Howard Hughes. Institut médical.
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