Où l'imagination vit dans votre cerveau

La capacité à évoquer des futurs possibles ou des réalités alternatives est le revers de la mémoire. Les deux facultés cohabitent dans la région du cerveau appelée l'hippocampe

Henry Molaison, connu pendant des années sous le nom de "HM", était notoirement incapable de former de nouveaux souvenirs. Si quelqu'un qu'il avait rencontré quittait la pièce pour revenir quelques minutes plus tard, il la saluait à nouveau comme si c'était la première fois. En raison d'une intervention chirurgicale pour traiter l'épilepsie réfractaire, H M. n'avait pas de structure cérébrale en forme d'hippocampe appelée hippocampe et souffrait d'amnésie. Son cas a contribué à faire de l'hippocampe un moteur de la mémoire.

Ces dernières années, les scientifiques ont découvert un autre déficit essentiel qui accable les personnes atteintes d'amnésie hippocampique : ils ne peuvent pas imaginer l'éventail des possibilités qui doivent être prises en compte pour faire des plans futurs. Lorsque les chercheurs ont demandé à un groupe de personnes atteintes de lésions hippocampiques de se décrire dans une scène fictive - par exemple, allongées sur une plage de sable blanc - elles sont restées en grande partie vides, ne produisant que des images fragmentées. Les scanners cérébraux de personnes en bonne santé, en revanche, ont montré que leur hippocampe était encore plus engagé lorsqu'ils imaginaient l'avenir que lorsqu'ils invoquaient le passé.

Des études sur l'activité neuronale chez les rats ont depuis soutenu l'idée que l'hippocampe joue un rôle central dans l'imagination. "Il est toujours responsable de la création de souvenirs de ce qui se passe en ce moment", déclare Loren Frank, neuroscientifique des systèmes au Howard Hughes Medical Institute et à l'Université de Californie à San Francisco. "Et maintenant, il semble qu'il soit également responsable du déploiement des possibilités." Frank et ses collègues défendent leur cause dans un article intitulé "Imagination as a Fundamental Function of the Hippocampus", qui a été publié dans Philosophical Transactions of the Royal Society B.

Selon les experts, ce double rôle est logique, en partie parce que l'imagination dépend en grande partie, sinon exclusivement, de la mémoire. « Pourquoi parlons-nous d'imagination séparément de la mémoire ? Du point de vue du public [en parler ensemble] est une idée folle. Mais vous pouvez le dire simplement : il est absolument impossible d'imaginer quoi que ce soit sans le passé. ", explique György Buzsáki, neuroscientifique des systèmes à l'Université de New York, qui n'a pas participé à l'article.

De plus, les deux compétences impliquent essentiellement le même processus : combiner des éléments d'expérience avec des émotions, des commentaires intérieurs et des choses que les gens ont lues ou dont ils ont entendu parler, explique Donna Rose Addis, neuroscientifique cognitive au Rotman Research Institute de Toronto et à l'Université de Toronto, qui n'a pas non plus participé à l'examen récent. Ce processus peut même déformer les souvenirs en les mélangeant avec du matériel imaginaire. "La mémoire est une forme d'imagination", dit Addis.

Du point de vue de Frank, l'imagination donne un but à la mémoire : nous aider à prendre des décisions basées sur ce que nous avons appris, par exemple, décider d'éviter un aliment qui nous a déjà rendus malades. "D'un point de vue évolutif, nous sommes raisonnablement sûrs que le but des souvenirs est en fait dans le futur", déclare Frank. "Les souvenirs vous permettent de prendre des expériences que vous avez et de les récupérer pour faire des prédictions sur ce qui se passera ensuite." Cette chaîne d'événements neuronaux se reboucle même sur elle-même. Nous devons également former des souvenirs de nos simulations du futur afin que lorsque nous avons une expérience, nous ayons quelque chose sur quoi nous appuyer. "Nous avons découvert que l'encodage d'une simulation imaginée implique également l'hippocampe", explique Addis.

Une grande partie des preuves récentes de l'enracinement de l'imagination dans le cerveau s'appuie sur une découverte lauréate du prix Nobel dans les années 1970 de "cellules de lieu" dans l'hippocampe. Lorsqu'un rat parcourt un labyrinthe, l'activité de ces cellules change de manière prévisible en fonction de la position de l'animal dans le labyrinthe. Ces cellules hippocampiques indiquent à un animal où il se trouve dans le monde. Cette fonction semblait distincte de l'imagination jusqu'à ce que Frank et ses collègues montrent que l'activité de ces cellules ne représente pas toujours l'emplacement réel d'un animal.

Les schémas de déclenchement des cellules de lieu se répètent environ huit fois par seconde chez les rats, formant ce qu'on appelle le rythme thêta. Et au sein de chaque cycle, les chercheurs ont découvert que les motifs changent progressivement pour représenter trois emplacements différents pour l'animal qui sont séparés dans le temps : l'endroit où il se trouvait, sa position actuelle et, à la fin du cycle, un éventuel emplacement à venir. "L'activité neuronale a cette structure indubitable où, à certains moments, elle ressemble à ce que l'animal vit dans le présent. À ces autres moments, elle ressemble à une expérience imaginaire", explique Kenneth Kay, chercheur postdoctoral au Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute de l'Université de Columbia et co-auteur de l'article.

Ce qu'un rat semble imaginer dans un cycle donné varie. Lorsque le rat s'approche d'une jonction en T dans un labyrinthe, l'activité thêta tardive alterne entre deux futurs immédiats possibles : un virage à gauche dans un cycle et un virage à droite dans le suivant. C'est comme si l'animal planifiait son prochain mouvement, comme un joueur de football qui court vers un ballon et parcourt divers scénarios avant de décider de jouer.

Dans d'autres cas, cette activité thêta tardive dénote un endroit plus éloigné dans le labyrinthe, comme si l'esprit des animaux errait vers une autre scène ou un autre scénario, peut-être un endroit où il préférerait être. Les chercheurs ont également trouvé des cas dans lesquels cette partie imaginaire du cycle reflétait une direction de déplacement hypothétique qui différait du cap directionnel réel de l'animal. "Ils représentent des choses qui peuvent être grosso modo considérées comme des possibilités ou des hypothèses, des choses qui pourraient être mais qui ne sont pas nécessairement le cas en termes d'avenir possible ou simplement de réalité alternative", explique Frank.

La simple existence d'une activité spontanée dans l'hippocampe qui n'est pas nécessairement liée à un endroit spécifique, selon certains experts, fait allusion à un processus de pensée interne séparé de la réalité. "Cette rythmicité [de l'onde thêta] ne vient pas de l'environnement", dit Kay. "Cela rappelle fortement l'idée que nos imaginations viennent de nous-mêmes, et qu'elles ne proviennent pas de cette réalité extérieure."

Une autre forme d'imagination semble se produire lorsqu'un animal ne voyage pas dans l'espace, mais qu'il mange, se toilette ou s'éloigne. À ces moments-là, les scientifiques ont détecté des sursauts d'activité dans l'hippocampe appelés "ondulations d'ondes aiguës", qui se produisent également pendant le sommeil, et qui semblent représenter des répétitions mentales d'événements passés. Les rediffusions se produisent environ 10 fois plus vite que l'événement original, une reconstitution qui rappelle l'expérience humaine. "L'un des énormes avantages d'utiliser parfois notre esprit pour réfléchir aux choses est que nous pouvons rapidement jouer à travers les choses, nous pouvons rapidement les simuler", explique Kay.

Bien que ces répétitions mentales soient une forme de souvenir, elles peuvent également représenter des événements que l'animal n'a pas vécus, dit Frank. Certaines ondulations d'ondes aiguës semblent relier deux trajectoires qu'un animal a connues séparément mais pas ensemble, dit-il. L'activité d'ondulation peut, en substance, construire une carte mentale afin que l'animal puisse mentalement parcourir de nouveaux chemins, tels que des raccourcis et des détours. Dans ce contexte, l'hippocampe semble agir pour combiner les événements passés de manière nouvelle, quelque chose qui "ressemble plus à de l'imagination qu'à la simple relecture du passé ou à la prédiction de l'avenir", explique Lynn Nadel, professeur émérite de sciences cognitives et de psychologie. à l'Université de l'Arizona, qui n'a pas contribué à l'article récent.

Les expériences d'activité neuronale chez les rongeurs sont importantes, disent les experts, car elles placent l'idée d'imagination dans une réalité physique : celle du cerveau lui-même. "Cela nous donne l'occasion de prendre un concept cognitif flou comme l'imagination" et de le relier à l'activité cérébrale, explique Daphna Shohamy, neuroscientifique cognitive à l'Université de Columbia, qui n'a pas participé à ces études ni à l'article de synthèse.

Les mondes internes des humains sont riches, cependant, et les études des cellules de lieu chez les rats peuvent ne pas représenter tous les types d'imagination humaine. Les résultats des animaux se connectent le plus directement à l'imagination qui est basée sur l'expérience et l'action, comme dans la planification d'une stratégie pour se déplacer à travers le monde, dit Nadel. Mais d'autres experts pensent que l'hippocampe a un répertoire beaucoup plus large : il peut aussi tisser des liens entre les idées et les informations. "Je ne pense pas que l'hippocampe se soucie vraiment de ce que vous connectez", déclare Addis.

Certains des travaux de Shohamy soutiennent l'idée que l'hippocampe pourrait être important pour les simulations mentales qui ne sont pas enracinées dans le temps ou dans l'espace. Elle a découvert que les personnes atteintes de dommages à l'hippocampe sont beaucoup plus lentes que celles qui n'ont pas de lésions cérébrales à choisir entre des aliments - par exemple, un Kit Kat ou des M&Ms - qu'elles aiment à peu près aussi bien. Le problème semble être qu'ils ont du mal à imaginer à quoi ressemblent les options. "On dirait qu'ils passent plus de temps à essayer d'évoquer les preuves", dit Shohamy. Au final, ils font un choix au hasard.

Bien que l'hippocampe puisse jouer un rôle central dans l'imaginaire, il ne s'agit en aucun cas d'un acte solitaire. Il a besoin de la coopération d'autres zones du cerveau. Frank compare l'hippocampe à un chef d'orchestre qui signale des neurones dans d'autres régions qui représentent les images, les sons et les odeurs qui font partie d'un souvenir ou "s'emboîtent dans une chose imaginaire".

Un mystère est de savoir comment les gens séparent une vraie symphonie de la musique qui joue dans leur tête. "C'est incroyable que nous ne soyons pas tous psychotiques tout le temps, que nous ne soyons pas tous délirants, parce que nos cerveaux inventent clairement des choses la plupart du temps sur des choses qui pourraient l'être", dit Frank. De nouvelles données du groupe de Frank suggèrent que le cerveau peut utiliser une entrée sensorielle - disons, la sensation d'un pied touchant le sol en marchant - pour signaler ce qui est réel par rapport à ce qui est juste dans l'œil de l'esprit et ainsi ancrer cette ruche d'activité neuronale dans le physique. monde. Le cerveau, dit-il, sépare les faits de la fiction en réconciliant les informations qu'il reçoit du monde extérieur avec ses propres modèles internes.

Ingrid Wickelgrenest un journaliste scientifique indépendant basé dans le New Jersey.

Philippe De Brigard

Michael D. Lemonick et Steve Mirsky

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