NEUROSCIENCES COGNITIVES

Le domaine de recherche couvert par les neurosciences cognitives est relativement récent. C'est vers la fin des années 1970 que ce terme apparaît, proposé par Michael Gazzaniga et George Miller. Des conférences, des sociétés savantes, des journaux se spécialisent dans ce domaine comme le Journal of Cognitive Neuroscience, qui paraît pour la première fois fin 1989, et la Cognitive Neuroscience Society, qui a fêté ses vingt ans d'existence en 2013. Des centres de recherche et des filières universitaires spécifiques se créent.

Le but des neurosciences cognitives est d'identifier les processus cérébraux à l'origine de nos capacités mentales et d'évaluer, en termes neurobiologiques, la plausibilité des modèles proposés en sciences cognitives. Comment le fonctionnement de notre cerveau peut-il sous-tendre notre esprit immatériel ? Percevoir, reconnaître, décider, agir, mémoriser, parler, raisonner, être conscient de, faire attention à… Quelle organisation cérébrale, quels processus neuraux, quel codage neuronal permettent de rendre compte des grandes capacités cognitives de l'homme et de l'animal ? Les neurosciences cognitives sont à l'interface entre neurosciences, psychologie, neurosciences computationnelles, sciences cognitives et philosophie. Le chercheur y combine souvent des paradigmes de psychologie cognitive avec des approches spécifiques à l'étude du cerveau et du fonctionnement neuronal. La spectaculaire évolution technique des trente dernières années a permis l'essor colossal des neurosciences cognitives.

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L'imagerie du fonctionnement cérébral

C'est de la neurologie et de la neuropsychologie qu'ont longtemps dépendu nos connaissances sur les relations entre cerveau et capacités cognitives. L'altération des fonctions cognitives de patients ayant subi des lésions cérébrales permettait d'attribuer une fonction donnée à une zone cérébrale spécifique. C'est ainsi que, dans les années 1860-1870, les aires du langage de Broca et de Wernicke ont été décrites à la suite d’altérations du langage de deux patients. Le premier comprenait le langage sans pouvoir parler, le second était capable de parler librement, mais avait perdu toute compréhension du langage parlé ou écrit.

L'apport de l'imagerie cérébrale a été prodigieux : alors que nos connaissances dépendaient de patients dont le fonctionnement cérébral était altéré par un traumatisme, il devenait possible d'imager l'activité du cerveau chez un sujet sain, au moment même où il réalisait une tâche cognitive spécifique. Si la tomographie par émission de positons (T.E.P.) demande encore l'injection intraveineuse d'un traceur faiblement radioactif (fluor 18, carbone 11, oxygène 15) pour obtenir l'image du cerveau, l'imagerie par résonance magnétique (I.R.M.) est totalement non invasive. Elle permet d’obtenir des images anatomiques du cerveau en deux ou trois dimensions, mais surtout des images du cerveau en activité pendant l’exécution d’une tâche (I.R.M. fonctionnelle).

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (I.R.M.f.) ne mesure pas directement l’activité neuronale, elle révèle les zones cérébrales actives en mesurant le débit sanguin, puisque le sang apporte au cerveau les éléments nécessaires à son activation, notamment l’oxygène. Pendant qu’un sujet réalise une tâche donnée, un plus grand volume de sang oxygéné afflue vers les zones cérébrales actives, et le signal B.O.L.D. (bloodoxygenationlevel-dependent) reflète ces modifications de flux. Cette technique a été très vite adoptée par les chercheurs en neurosciences cognitives avec une explosion des études en I.R.M.f.

L'activation neuronale est un phénomène rapide de l'ordre de 50-300 millisecondes, alors que la réponse B.O.L.D. met plusieurs secondes pour s'installer.[...]

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Écrit par

Michèle FABRE-THORPE : directrice de recherche de première classe CNRS
Simon THORPE : directeur de recherche de première classe, CNRS

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