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Les aires cérébrales du cortex visuel travaillent non pas successivement mais en parallèle

Comprendre comment le cerveau traite et analyse l’information visuelle reste une question cruciale en neurosciences. L’équipe d’Alain Destexhe de l’Unité de neurosciences, information et complexité, en collaboration avec celle de Frédéric Chavane de l’Institut de neurosciences de la Timone, démontre l’existence d’ondes de propagation dans le cerveau du macaque conscient. Point final à la controverse scientifique sur la réalité de ces ondes, ces travaux sont parus dans Nature Communications. Ils mettent également en évidence que le signal électrique respecte les frontières fonctionnelles des aires cérébrales.

Une controverse faisait rage dans la communauté des neuroscientifiques : certains affirmaient que les ondes de propagation, observées chez l’animal chimiquement endormi et qui bafouent les frontières des zones cérébrales, ne sont qu’un artéfact de l’anesthésie. D’autres, pourtant, semblent les apercevoir. Pour faire taire cette polémique, la solution d’Alain Destexhe et de son confrère et ami Frédéric Chavane: sortir du cadre. Adieu moyenne d’amplitudes ou imagerie fonctionnelle classique. Place à l’étude des phases des ondes et de leur gradient, à leur cartographie, à l’essai unique, à la modélisation informatique de réseaux neuronaux ou encore à la précision de l’imagerie voltage sensitive qui fait appel à des molécules dont les propriétés optiques varient avec le potentiel électrique des neurones. Toutes ces approches combinées – avec l'aide de deux étudiants brillants, Lyle Muller et Alexandre Reynaud – ont permis de mettre en lumière l’onde tant convoitée. Du moins dans les aires V1 et V2 du cortex visuel. Ces deux ondes balaient chacune, l’ensemble de son aire fonctionnelle en respectant les délimitations physiques. Et ce, dans la même direction. A chaque stimulus identique, des ondes très similaires se créent, toujours en parallèle dans les deux aires. Si le stimulus change, alors deux autres signaux apparaitront dans chacune des zones fonctionnelles, et se propageront en parallèle. Dans une autre direction. Depuis un autre point de départ.

Il est désormais difficile d’imaginer que ces ondes de propagation n’interviennent pas dans le traitement de l’information visuelle. Si cette étude portait seulement sur les aires V1 et V2 du cortex visuel, les scientifiques pourraient-ils aujourd’hui envisager que ce nouveau type de communication dans le cerveau puisse s’accomplir dans d’autres zones fonctionnelles ?


Figure : Propagation d'onde dans le cortex visuel primaire du singe éveillé, révélée au moyen d'une méthode mathématique basée sur la construction de cartes de latence de phase. La figure montre deux exemples de telles cartes pour deux répétitions d'un stimulus visuel. L'augmentation de la latence de phase avec la distance (différentes couleurs) prouve la présence d'une onde de propagation. Cette onde se produit pour chaque stimulus et se produit en parallele dans plusieurs aires du cortex visuel.

Modifié de Muller et al., Nature Communications 5: 3675, 2014.

© Muller, Reynaud, Chavane, Destexhe/CNRS

Références :

  • The stimulus-evoked population response in visual cortex of awake monkey is a propagating wave, Lyle Muller, Alexandre Reynaud, Frédéric Chavane, Alain Destexhe, Nature Communications (2014), doi : 10.1038/ncomms4675

Contact chercheurs

  • Alain Destexhe
    Tél. : 01 69 82 34 35
    Unité de neurosciences, information et complexité (CNRS/Université Paris Sud)
  • Frédéric Chavane
    Tél. :04 91 32 40 33
    Institut de Neurosciences de la Timone (CNRS/Université Aix-Marseille)