Cervelet et noyaux basaux au lieu de la boule de cristal: comment le cerveau prédit l'avenir

Aujourd'hui, nous allons nous éloigner un peu des études basées sur notre physique / chimie préférée et tourner notre attention vers les études du corps humain. Plus précisément, l'étude du cerveau. Cet organe est si complexe que toutes les études précédentes ont donné une réponse et 10 nouvelles questions, pour ainsi dire. Plus précisément, nous considérerons aujourd'hui une étude qui entend répondre à la question - comment le cerveau prédit-il l'avenir? Et non, nous ne parlerons pas des cartes de tarot, du marc de café, de l'astrologie et d'autres choses non scientifiques. Nous parlerons de la façon dont le cerveau humain, en utilisant les connaissances existantes, en construisant des chaînes logiques et en analysant la situation, est capable de prédire le futur proche. Les chercheurs ont fait attention à cet aspect non par simple curiosité, mais afin de mieux comprendre les processus dans le cerveau humain lors du développement de certaines maladies, dont la maladie de Parkinson. Qu'ont exactement appris les scientifiques, comment ont-ils mené des expériences et qu'est-ce que cela pourrait signifier pour la médecine à l'avenir? Le rapport nous aidera à trouver des réponses à ces questions. Allons-y.

Base d'étude

Dire exagéré, le cerveau est l'organe le plus important de l'homme. Bien sûr, sans cœur, le cerveau ne recevra pas l'oxygène dont il a tant besoin et mourra, donc le cœur est plus important? Non? Je suis d'accord, tous les organes sont importants, tous les organes sont nécessaires. Cependant, notre cerveau contrôle tout le reste: d'autres organes, systèmes, processus. Votre nez peigné - vous le savez grâce à des récepteurs qui transmettent des informations au cerveau. Un exemple banal, mais vous comprenez l'essence. En conclusion, perdre la force de votre cerveau est l'un des pires qui puisse arriver à une personne. Et, malheureusement, il existe de nombreuses maladies qui, avec une force ou une autre, «suppriment» le fonctionnement normal du cerveau: démence, maladie de Parkinson, maladie d'Alzheimer, etc. Même les troubles mentaux sont directement liés au fonctionnement du cerveau, ou plutôt aux troubles qui se produisent dans cet organe. Un système aussi complexe, comparable au bio-ordinateur le plus puissant de la planète, a été étudié depuis des temps immémoriaux, mais personne n'a encore été en mesure de décrire le cerveau humain à 100%, bien que nous en sachions déjà beaucoup, mais c'est loin de tous les secrets que notre " ordinateur personnel. "

Aujourd'hui, les scientifiques ont décidé de prêter attention à un concept aussi vague que la «prédiction de l'avenir». Cela ressemble au nom d'une émission de télévision bon marché, il ne manque qu'une boule de cristal et la phrase "je vois, je vois ...". Mais les blagues sont des blagues, et notre cerveau en est capable, mais pas à un niveau paranormal comme beaucoup le souhaiteraient.

Toute l'essence réside dans de petites choses, événements et actions, parfois invisibles. À titre d'exemple, les scientifiques donnent un joueur de basket-ball qui, au vu de l'expérience, lance le ballon de cette manière, en étant sûr que le ballon va toucher le filet. Oui, cela ressemble plus à une connaissance ou à une relation causale, mais le mot «prédiction» convient comme un terme court, simple et plutôt vivant. De plus, ceux d'entre vous qui utilisent des voitures pourraient remarquer que de nombreux conducteurs commencent à bouger littéralement une fraction de seconde avant que le feu de circulation ne passe au vert. Tout cela n'est pas stupide comme une activité paranormale, et Scully et Mulder ne devraient pas être appelés. Ce sont tous les résultats des processus complexes de notre cerveau. Même lorsque vous vous lancez une balle, pourquoi l'attrapez-vous? Vous voyez sa trajectoire, car vous savez comment votre ami effectue le plus souvent un lancer. Notre cerveau recueille ces informations et les stocke pour une utilisation future afin de simplifier certaines tâches. Pourquoi analyser quelque chose qui s'est déjà produit exactement de la même manière? Vous pouvez répondre au processus selon un schéma connu et obtenir le résultat souhaité. Dans l'exemple de nos enfants - pour attraper une balle.

Nous ne remarquons pas tous ces processus de pensée, nous n'y pensons pas (quel que soit le jeu de mots). Mais la perturbation de ces processus affecte la vie des personnes qui souffrent de diverses maladies du cerveau et du système nerveux.

Afin de comprendre comment rendre la vie plus facile à ces personnes, vous devez d'abord comprendre clairement le principe de fonctionnement de ce mécanisme de prédiction que notre cerveau utilise. Est-ce contextuel ou est-il juste là, en tant que tel?

Tout d'abord, les scientifiques notent que les prédictions temporelles peuvent être associées à la quasi-périodicité d'un certain nombre de stimuli (parole, musique, mouvements biologiques). Autrement dit, les changements endogènes sont associés à des signaux périodiques externes. D'un autre côté, des prévisions temporaires peuvent également être formées s'il n'y a qu'une série d'événements apériodiques. Ils peuvent également se former complètement isolément, alors que nous connaissons déjà l'écart entre les deux événements. Ce dernier est bien décrit par l'exemple de pilote que j'ai mentionné plus tôt. Le conducteur conduit souvent sur une route où il y a un feu de circulation. Il sait très bien comment fonctionne ce feu. Et le conducteur n'a même plus besoin de le regarder pour démarrer au moment où le feu vert s'allume. Il s'agit d'une formation prévisionnelle isolée compte tenu des connaissances acquises précédemment concernant cette situation particulière. Dans ce cas, le cerveau du conducteur sait non seulement que, dans des conditions normales, le feu vert s'allumera, mais sait également quand cela se produira. Nous l'appelons le chronomètre interne. Ainsi, cette prédiction est temporaire, c'est-à-dire que le cerveau anticipe l'événement après un certain temps.

Les neuroscientifiques discutent toujours de la nature et du mécanisme des prévisions temporelles. Dans l'étude d'aujourd'hui, les scientifiques pensent avoir trouvé où se trouve la réponse à la question de l'origine des prévisions temporelles - le cerveau. Mais c'est compréhensible. Plus spécifiquement dans le cervelet et les noyaux gris centraux.


Ici, nous pouvons voir l'emplacement du cervelet.

La première «pièce du cerveau» - le cervelet - est le service responsable de la coordination de nos mouvements et de notre équilibre. Il est directement lié au cortex cérébral, à la moelle épinière, au système extrapyramidal, au tronc cérébral et, avec qui vous pensez, bien sûr aux noyaux gris centraux. Toute cette équipe donne des informations sur le cervelet, ce qui permet à l'émeu de faire des ajustements aux mouvements, conscients ou inconscients.

Des études récentes ont montré que c'est le cervelet qui joue un rôle essentiel dans la formation des prévisions temporelles. A savoir, pour déterminer la durée des intervalles et déterminer la différence entre deux intervalles de temps (individuels) séparés. En d'autres termes, c'est le cervelet qui vous permet de «sentir» que 5-10 minutes ou 10-15 minutes se sont écoulées, excusez-moi pour un exemple primitif.



À leur tour, les noyaux basaux sont déjà responsables de jugements rythmiques, c'est-à-dire de phénomènes (événements) périodiques constants.

Il convient également de noter que le cervelet n'est pas contrôlé par l'esprit humain, tandis que les noyaux basaux, au contraire, sont contrôlés par certaines théories. Cette théorie est confirmée par le fait que les noyaux basaux s’endorment pendant le sommeil d’une personne.

Les noyaux basaux sont également impliqués dans la régulation des processus moteurs (comme le cervelet). De plus, ils deviennent actifs lorsque vous concentrez votre attention. À ce stade, les noyaux basaux sécrètent une substance appelée acétylcholine, qui joue un rôle important dans la formation de la mémoire.

Une si petite excursion en neurobiologie nous a déjà permis de comprendre pourquoi les chercheurs ont identifié exactement 2 zones du cerveau - le cervelet et les noyaux basaux - comme les principaux détails du mécanisme de prévision temporelle.

Naturellement, les scientifiques doivent prouver leur théorie. Pour ce faire, ils ont appliqué l'approche dite neuropsychologique. Et maintenant plus sur les expériences elles-mêmes.

Préparation aux expériences

L'expérience a impliqué 23 sujets sains (en tant que groupe témoin) - 23 personnes, et les personnes atteintes de dégénérescence cérébelleuse (CD) - 13 personnes et la maladie de Parkinson (PD) - 12 personnes. Un aspect important était que tous les sujets n'étaient pas actifs musicalement au cours des 5 dernières années avant l'expérience, c'est-à-dire qu'ils ne jouaient pas d'instruments de musique et ne chantaient pas dans la chorale. Cette petite caractéristique de la personnalité est en fait d'une grande importance dans l'étude, étant donné que le cerveau du sujet n'était pas, pour ainsi dire, entraîné pour une telle activité.

Le groupe CD était composé de 7 femmes et 6 hommes, l'âge moyen était de 51,6 ans. Le diagnostic principal parmi les sujets de ce groupe était l'ataxie spinocérébelleuse: 6 personnes - en raison du contexte génétique, 5 sujets - étiologie inconnue / idiopathique.

* 2 participants au test ont été exclus en raison de leur incapacité à terminer la tâche de test. Par conséquent, le nombre réel de participants dans le groupe CD était de 11, et non de 13.

Le groupe PD était composé de 7 femmes et 5 hommes, avec un âge moyen de 68,4 ans. Avant de mener des expériences, les membres de ce groupe ont passé les tests UPDRS (Unified Parkinson's Disease Rating Scale). La valeur moyenne de l'indice de motilité était de 14,2.

Les deux groupes ont également été testés pour la présence / absence d'autres maladies neurologiques.

En raison de la différence d'âge significative entre les groupes CD et PD, le groupe témoin (sujets sains) a également été sélectionné en fonction de ce paramètre.

Les carrés colorés affichés pendant 100 ms ont agi comme des stimuli. Dans chaque approche expérimentale, il y avait 2 ou 3 carrés rouges, suivis par 1 carré blanc, agissant comme un «signal». Après lui, il y avait 1 carré vert - la «cible», qui était la principale du test. L'intervalle entre les carrés blancs et verts était de 600 ms ou 900 ms.

La tâche principale des sujets était d'appuyer sur une touche du clavier dès qu'ils voient le carré cible (vert) devant eux.

Dans l'expérience, il y avait 3 variantes d'une telle expérience, elles sont présentées schématiquement dans l'image ci-dessous.

Représentation schématique de trois types d'expériences: rythmique, à intervalle unique et aléatoire.

Dans le premier mode de réalisation, il y avait 3 carrés rouges, dont l'intervalle était identique à celui entre le signal et les carrés cibles. Autrement dit, 600 ou 900 ms entre chaque carré, indépendamment de la couleur et du but. Ainsi, cette option de test est la plus prévisible.

Dans la deuxième version, il y avait 2 carrés rouges. Ici, les intervalles ont été modifiés. Comme nous le voyons sur le graphique ci-dessus, l'intervalle entre les carrés rouges et entre le blanc et le vert est le même, mais l'intervalle entre le dernier rouge et le blanc est très différent.

Ainsi, il devient beaucoup plus difficile de prédire l'apparition d'un carré blanc, mais cela n'a pas d'effet significatif sur le résultat du test lui-même, car l'intervalle entre le signal et les carrés cibles reste le même qu'entre les deux premiers (rouge).

Dans la troisième version du test, il y avait 3 carrés rouges, dont les intervalles étaient absolument aléatoires dans la plage de 600 ... 900 ms. Ainsi, la rythmicité de l'apparition de tous les carrés est sévèrement violée, respectivement, prédire l'apparition du suivant est pour le moins très difficile. Il est impossible de prédire l'apparence du carré cible.

De plus, 25% des tests n'avaient pas de carré cible (vert) à la fin de la séquence afin d'éviter des réponses prématurées et, par conséquent, de rendre les résultats plus précis.

Le processus de test expérimental des sujets a été réalisé à l'intérieur avec un éclairage tamisé et sans stimuli sonore. Les tests ont été présentés sur un moniteur régulier sur fond gris. La distance entre le moniteur et le sujet était de 50 cm.

Au cours de l'expérience, les sujets ont effectué 3 analyses (1 pour chacune des options décrites ci-dessus) sur 32 tests (16 à des intervalles de 600 ms et 16 à 900 ms). 25% de tous les tests dans un ordre aléatoire étaient des "tours", c'est-à-dire qu'ils ne contenaient pas le carré vert cible.

Un message d'erreur était affiché sur le moniteur si le participant avait répondu (pressé la touche) avant que le carré cible n'apparaisse sur le moniteur ou pendant le "test-trick" (quand il n'y a pas de carré cible du tout), ainsi que lorsque le délai de réponse était de 3 secondes.

Maintenant que nous savons qui a participé aux tests et comment ils ont été menés, nous devons nous familiariser avec les résultats.

Résultats de l'expérience

Ce n'est pas difficile à deviner, le temps de réaction (RT) est l'indicateur le plus fondamental lors de l'étude des résultats des deux premières variantes de test (rythmique et à intervalle unique). Cet indicateur devrait, selon la logique des choses, être significativement plus élevé dans le test à intervalles aléatoires.

Une analyse de la variance RT a été réalisée pour les 4 groupes de sujets. Pourquoi 4 groupes, demandez-vous? Les groupes suivants sont destinés:

• CD - 11 personnes;
• CD-apparié (groupe témoin correspondant à l'âge moyen du groupe CD) - 11 personnes;
• PD - 12 personnes;
• PD-apparié (groupe témoin correspondant à l'âge moyen du groupe PD) - 12 personnes.

Les résultats de l'analyse de la variance des données expérimentales.

Dans le graphique A, nous voyons les résultats du comptage de la RT pour le groupe CD (personnes atteintes de dégénérescence cérébelleuse). Ici, nous pouvons voir la caractéristique suivante: le taux de réaction des participants au test avec des intervalles aléatoires et un test à intervalle unique sont très similaires. Alors que le test rythmique RT est bien meilleur. Le groupe témoin (apparié CD) a montré une tendance différente. Comme prévu, la vitesse de réaction à intervalles aléatoires était la plus élevée. Mais les deux autres tests ont montré approximativement les mêmes résultats.

En termes simples, le groupe CD et le groupe témoin correspondant se sont tous deux très bien comportés avec le test n ° 1 (rythmique) et tout aussi mal avec le test n ° 3 (aléatoire), ce qui était également assez logique et devait être prévu. Mais ici, dans le test n ° 2, il y a des différences importantes. Les personnes souffrant de dégénérescence cérébelleuse n'ont pas été en mesure de faire face au test à intervalle unique avec autant de succès que le groupe témoin (personnes sans maladie).

La comparaison des résultats de deux autres groupes: PD (avec maladie de Parkinson) et PD-appariée (le même âge moyen que le groupe PD, mais sans la maladie) a montré des résultats différents. Il est donc surprenant que le groupe PD ait effectué le test n ° 2 (à intervalle unique) presque aussi bien que le groupe témoin de sujets. Dans le même temps, le test n ° 3 (aléatoire) a montré, comme prévu, de faibles résultats. L'essai n ° 1 a montré non seulement la différence entre le groupe PD et son groupe témoin correspondant, mais également la différence entre le groupe PD et le groupe CD. Autrement dit, les patients atteints de la maladie de Parkinson montrent des résultats nettement moins bons que les patients atteints de dégénérescence cérébelleuse.

La corrélation des résultats de l'analyse des tests de tous les groupes, nous pouvons voir dans les graphiques ci-dessus.

Vous pouvez trouver des informations plus détaillées sur l'étude et le calcul des résultats des tests dans le rapport des scientifiques et des documents supplémentaires .

Épilogue

Grâce à cette étude, les scientifiques ont pu confirmer le fait que le cervelet et les noyaux basaux jouent un rôle crucial dans la compréhension de la façon dont le cerveau humain est capable de prédire certains événements en fonction de l'expérience, de la nature de la fréquence d'occurrence de l'événement et de sa fréquence. L'analyse des données des groupes témoins et des sujets atteints de la maladie de Parkinson n'a confirmé que la théorie avancée il y a quelques années.

Comprendre le travail du cerveau, même ses caractéristiques apparemment insignifiantes, peut être utile pour diagnostiquer diverses maladies neurologiques. La perspective d'utiliser de telles expériences comme base pour la future étude des méthodes de traitement est encore très vague. Cependant, faisant des étapes aussi mineures mais importantes, les scientifiques approchent d'une compréhension de l'un des objets les plus inconnus et les plus complexes du monde - le cerveau humain.

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