Comment la conscience naît-elle dans un cerveau humain ? Cette question n'est pas que philosophique, elle intéresse aussi les médecins qui ont besoin de savoir si un patient est conscient. Une recherche internationale apporte de nouvelles réponses à cette question.

Cela vous intéressera aussi [EN VIDÉO] Interview : peut-on numériser la conscience ? La science fonctionne souvent par biomimétisme, c'est-à-dire en s'inspirant du vivant. Numériser la conscience humaine est donc une étape logique dans la création d’une intelligence artificielle censée simuler ou outrepasser nos capacités. Futura-Sciences a rencontré Jean-Claude Heudin, directeur du laboratoire de recherche de l’IIM (Institut de l’Internet et du multimédia) afin de comprendre les difficultés d’une telle entreprise.

Chaque jour, quand nous nous éveillons le matin, notre cerveau passe à un niveau plus élevé de conscience. Si les connaissances en neurosciences progressent, nous ne savons toujours pas bien définir la conscience au niveau biologique. Cette question est particulièrement importante à l'hôpital, par exemple quand une décision doit être prise pour un patient grièvement blessé au cerveau.

Après un accident, un patient peut entrer dans un coma pendant quelques jours, puis se réveiller sans pourtant montrer des signes évidents de conscience : c'est un état végétatif. Certains de ces patients sont conscients mais incapables d'en montrer des signes par leur comportement. Or, cette nouvelle étude parue dans Science Advances a identifié des signatures cérébrales qui indiquent un état de conscience, sans avoir besoin de demander au patient d'effectuer une tâche. Elle pourrait donc permettre de faire la différence entre des patients conscients ou pas après une blessure grave.

Cette recherche a été effectuée par une équipe internationale de chercheurs provenant de sept pays, en Europe (université de Liège en Belgique, Institut du cerveau et de la moelle épinière de Paris, universités de Paris-Saclay, de Barcelone et de Birmingham) et outre-Atlantique (universités de Buenos Aires, de Western Ontario et du Weill Cornell Medical College à New York).

Davinia Fernández-Espejo, chercheuse à l'université de Birmingham, en décrit les principaux résultats sur le site The Conversation. Elle part du constat suivant : « Nous savons que des zones cérébrales complexes, y compris le cortex préfrontal ou le précuneus, qui sont responsables de toute une gamme de fonctions cognitives supérieures, sont généralement impliquées dans la pensée consciente. » Mais quels sont plus précisément les réseaux neuronaux de la conscience ?

Les communications entre les régions du cerveau diffèrent entre un cerveau conscient ou inconscient. © E. Tagliazucchi & A. Demertzi

Des interactions dynamiques et complexes dans un cerveau conscient

Les chercheurs ont utilisé l'IRM fonctionnelle pour étudier la façon dont les aires du cerveau communiquent entre elles. Quand une région du cerveau s'active, elle a besoin de plus d'oxygène et donc de plus de sang. Ces variations sont perçues même si les patients sont au repos. Les auteurs ont travaillé avec 53 patients à l'état végétatif, 59 en état de conscience minimale et 47 personnes en bonne santé.

Les scientifiques ont ainsi identifié deux grands modèles de communication entre les régions du cerveau. Chez des patients qui ne semblaient pas conscients, il y avait des connexions simples, par exemple entre deux paires de régions qui avaient des liens physiques directs entre elles.

En revanche, chez les personnes qui avaient un certain niveau de conscience, les interactions entre régions étaient plus dynamiques et complexes. Elles impliquaient « 42 régions du cerveau appartenant à six réseaux cérébraux jouant un rôle important dans la cognition ». Ce réseau complexe d'interactions disparaissait quand les patients étaient plongés dans une anesthésie profonde, ce qui montre qu'il est caractéristique d'une forme de conscience.

Ces informations importantes sur le fonctionnement du cerveau conscient pourraient aider les scientifiques à trouver un moyen de réveiller une conscience endormie... L'équipe de l'université de Birmingham s'intéresse pour cela à l'utilisation de la stimulation électrique transcrânienne.

Ce qu'il faut retenir Des chercheurs ont étudié par IRM fonctionnelle le cerveau de patients à l’état végétatif et de personnes conscientes.

Dans un cerveau conscient, les interactions entre aires cérébrales sont complexes et dynamiques.

Les connexions sont plus simples dans un cerveau inconscient.

Pour en savoir plus

Cerveau : la conscience localisée par des scientifiques de Harvard

Article paru le 15 mars 2018

À l'occasion de la Semaine du cerveau, revenons sur quelques découvertes récentes dont plusieurs ont fortement modifié notre vision du fonctionnement cérébral. En novembre 2016, nous relations une étude sur la localisation des régions du cerveau qui seraient le siège de la conscience. Il y en a trois, concluait une équipe américaine : l'une située dans le tronc cérébral est reliée aux deux autres situées dans le cortex. Cette découverte, réalisée sur des personnes dans le coma ou dans un état végétatif, pourrait aider à trouver de nouveaux traitements pour ces patients.

Définir la conscience n'est pas simple, cette notion se trouvant au carrefour de plusieurs disciplines : biologie, psychanalyse, philosophie... Les Anglo-Saxons utilisent même deux mots, liés à deux concepts différents, pour la conscience. Ainsi, la conscience dite consciousness se décompose en deux composantes : l'éveil (arousal) et la conscience dite awareness.

En psychothérapie, l'awareness décrit une conscience de soi qui tient compte de l'expérience du corps et des émotions ressenties. La consciousness est plutôt une conscience réflexive, attentive, qui se pose pour observer et met des mots sur l'awareness qui se situe donc plus en amont : la « prise de conscience » décrit ainsi le passage de l'awareness à la consciousness.

Mais en neurologie, où siège la conscience dans le cerveau ? Pour ce qui est de l'état d'éveil (arousal), il est contrôlé par le tronc cérébral, la partie du système nerveux central qui relie le cerveau à la moelle épinière. La localisation de la conscience (awareness) était plus floue jusqu'à présent, même si elle était plutôt pressentie comme étant quelque part dans le cortex.

Grâce à des chercheurs de Harvard, on connaît désormais non seulement la région précise du tronc cérébral liée à l'éveil mais aussi les deux régions du cortex qui travaillent ensemble pour former la conscience. Pour en arriver là, l'équipe a étudié 36 patients qui avaient des lésions du tronc cérébral, dont 12 étaient dans le coma et 24 conscients. Ces travaux sont présentés dans la revue Neurology.

Localiser la conscience pourrait permettre de trouver comment réveiller une personne dans le coma. © Photographee.eu, Shutterstock

La conscience repose sur le tronc cérébral et deux régions corticales

Les chercheurs ont trouvé qu'une petite région du tronc cérébral appelée tegmentum pontique était associée avec le coma : 10 des 12 patients inconscients avaient des lésions dans cette zone et seulement un chez les patients conscients. Cette petite région du tronc cérébral est importante pour la conscience.

Pour savoir quelles régions du cortex étaient connectées au tegmentum pontique, les chercheurs se sont servis d'une carte cérébrale d'un cerveau en bonne santé : ce « connectome » permet de voir les différentes connexions cérébrales connues. Les chercheurs ont ainsi identifié deux aires du cortex liées au tegmentum pontique : l'insula antérieure ventrale et le cortex cingulaire antérieur prégénual.

Les chercheurs ont alors vérifié leurs résultats grâce à des IRM fonctionnelles de 45 patients dans le coma ou dans un état végétatif. Ils ont montré que chez eux, le réseau était rompu entre les trois régions identifiées. « Pour la première fois nous avons trouvé un lien entre la région du tronc cérébral impliquée dans l'éveil et les régions impliquées dans l'awareness, deux conditions préalables à la conscience, a expliqué Michael Fox, un des auteurs de cet article. Beaucoup de preuves ont été réunies pour montrer que ce réseau joue un rôle dans la conscience humaine. »

Cette recherche pourrait donc aider à trouver de nouveaux traitements pour les patients qui sont dans le coma ou dans un état végétatif, afin qu'ils reprennent conscience.

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