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Ouverture officielle

Le cerveau créateur de mondes : données récentes sur les bases neurales de « l’imagerie mentale »

Alain BERTHOZ, professeur honoraire de neurophysiologie, chaire Physiologie de la perception et de l’action, Collège de France, membre de l’Académie des sciences, membre de l’Académie des technologies

Le défi que m’a lancé Marie-Françoise Chevallier – Le Guyader consiste à vous donner quelques idées sur la façon dont le cerveau crée des mondes imaginaires, ce que je ferai en vous présentant l’idée générale puis des données de physiologie et enfin quelques exemples essentiellement empruntés à la réalité virtuelle.

La vicariance est un terme employé par un grand nombre de communautés (paléontologie, biologie, éducation, psychologie expérimentale, psychiatrie). Il s’agit d’une propriété fondamentale du vivant, qui consiste à utiliser plusieurs stratégies pour parvenir à un même but. Cette propriété a été laminée par l’obligation faite aux scientifiques de publier des études autour d’un sujet moyen. Il existait pourtant en France une grande école de psychologie différentielle.
La vicariance était déjà présente chez le grand anthropologue et ethnologue Von Uexküll à travers son concept « d’Umwelt ». Il indique que « nous sommes enfermés dans des limites étroites pour l’accès au monde sensible ». La pauvre tique ne connaît du monde que l’acide butyrique et la chaleur. Si quelque chose est chaud et sent l’acide butyrique, elle tombe dessus, boit un peu de sang et meurt. Nous sommes mieux lotis que la tique en matière de monde puisque nous avons la capacité de créer d’autres mondes que celui pour lequel nous avons été programmés. Von Uexküll l’illustre par ce magnifique exemple : « La tige de la fleur se métamorphose dans les quatre milieux de la jeune fille, de la fourmi, de la larve, de la cigale et de la vache. Elle est une parure, un chemin, un matériau de construction, une nourriture. » Nous avons la capacité, grâce à notre cerveau, d’attribuer au monde des propriétés différentes et le numérique nous permet aujourd’hui, par certaines de ses applications, d’utiliser cette capacité.

Pour trouver des solutions diverses, il faut pouvoir simuler ces solutions et des mondes différents possibles. Au cours de l’évolution, se sont justement développés dans nos cerveaux des mécanismes qui nous permettent de simuler l’action et le monde sans que nous interagissions nécessairement avec. A côté des mécanismes sensori-moteurs de capture d’informations sur le monde puis de transformation en action et en décision, nous avons un deuxième mode de fonctionnement, qui nous permet de simuler le monde sans l’exécuter (à partir de modèles internes du monde) afin de trouver des solutions nouvelles.
On croit souvent que le cerveau commence par voir une image puis traite des informations et les mélange avec l’émotion. Pas du tout. En réalité, le cerveau fonctionne en effectuant en permanence des boucles internes qui vont du thalamus (entrée nécessaire de toute information sur le monde) vers les ganglions de la base.
D’une certaine manière, le cerveau est une machine fermée. Rodolph Llinas, grand neurobiologiste, écrivait : « The brain is a self activating system, geared towards the generation of intrinsic images. In the thalamo-cortical system, sensory input from the external world only gains significance via the preexisting functional disposition of the brain at that moment. Such a self activating system is capable of emulating reality…, even in the absence of input from such reality, as occurs in dream states or daydreaming ». Je ne sais pas si vous rêvez mais pour ma part, je rêve toutes les nuits d’affreuses choses et elles sont toutes réelles ! Nous n’avons pas besoin du monde. D’ailleurs, nous savons que seulement environ 5 % des informations du thalamus viennent du monde extérieur alors même qu’il s’agit de la porte d’entrée du cerveau. L’essentiel des informations de cette porte d’entrée vient du cerveau lui-même. Le cerveau est une machine intrinsèque, qui de temps en temps va chercher des informations à l’extérieur.

Les hallucinations sont un exemple de cette création de mondes possibles par le cerveau. Les illusions, qui sont des solutions dans un monde ambigu, diffèrent des hallucinations, véritables créations de scénarios du futur à partir du passé par notre cerveau. Le neurologue canadien Penfield avait déjà identifié des aires du cerveau dans le lobe médio-temporal particulièrement impliquées dans les hallucinations expérientielles (conscientes). La neurologie identifiait déjà le rôle fondamental des structures que l’on étudie maintenant en relation avec la mémoire. Ces mécanismes, dont nous commençons à comprendre la réalité, nous permettent d’imposer au monde des grilles d’interprétation et de créer des mondes imaginaires. Ils ont aussi des conséquences en pathologie ou pour fausser des décisions.
Les illusions d’optique sont un exemple de ces règles que le cerveau impose au monde. Le cerveau crée un monde qui n’existe pas pour pouvoir mieux ou plus rapidement interpréter celui qui existe. Lorsque vous voyez deux créatures de même taille sur une image alors qu’elles ne font pas la même taille, c’est parce que votre cerveau, qui aime la symétrie, impose au monde des règles rigides. Quand on les regarde de l’extérieur, on perçoit les chambres d’Ames cubiques alors qu’elles sont trapézoïdales et les personnes à l’intérieur plus ou moins grandes selon leur position dans la chambre. Le cerveau impose au monde la symétrie. Les hallucinations sont en partie liées au fait que notre cerveau, pour aller plus vite et pour interpréter un monde complexe, lui impose des règles d’interprétation. L’imagination suit aussi ces règles d’interprétation qui nous permettent d’interagir et d’agir dans le monde.
Le double constitue un autre exemple de ces créations de notre cerveau. Pour simuler, l’évolution a créé un double de nous-même dans le cerveau, comme en témoignent les membres fantômes. Si l’on me coupe le bras, je pourrais éventuellement avoir l’impression que je l’ai toujours et qu’il bouge. Les membres fantômes sont réels. Ils ne sont pas simplement des imaginations. Ils sont perçus. Nous avons un double de nous-même quelque part dans notre cerveau. On le constate également dans le rêve. On sait maintenant grâce à des travaux réalisés avec des neurologues de Grenoble que, comme l’avait prédit Penfield, il existe une zone dans le lobe temporo-pariétal impliquée dans la conscience du corps et sa relation avec l’espace, où s’opère la structuration de l’unité du corps. Il ne s’agit pas simplement d’une fusion multi-sensorielle mais de la création d’un véritable double. Quand on stimule cette zone, on obtient des illusions de rotation et de sortie du corps.

A Lausanne, le neurologue Olaf Blanke mène depuis 5 ans des travaux chez des patients épileptiques et normaux qui donnent une base neurale aux phénomènes de perception de types autoscopie, sortie du corps. Nous disposons donc désormais de bases neurales sur l’existence de ce double de nous-mêmes qui nous permet de simuler le monde. L’existence de ce double a des conséquences en pathologie.
Des travaux publiés récemment dans Science portent sur la capacité que nous avons à nous projeter sur ce double. Si l’on projette dans un casque à un sujet une image de lui prise par une caméra positionnée dans son dos et qu’il voit que ce double projeté est touché dans le dos, le sujet a l’impression qu’il est touché lui-même. Nous sommes donc capables de créer un double mais aussi de le projeter dans l’espace.

Dans le monde numérique, la question est aujourd’hui celle des avatars numériques. Nos enfants, et beaucoup d’entre nous peut-être, passent plusieurs heures par jour avec ces doubles d’eux-mêmes. Avatars qui jouent aussi un rôle important dans l’industrie. Comment aborde-t-on ce sujet dans nos recherches actuelles ?
Dans mon laboratoire, nous collaborons depuis quelques années avec Guillaume Thibault (EDF) sur le problème des avatars dans les simulations des grandes centrales thermiques. Faut-il avoir des avatars purement mathématiques, prendre des captures vidéo, etc. ? C’est un problème intéressant.
Avec Etienne Armand Amato et Etienne Perenny, nous essayons de comprendre pourquoi les gens qui jouent dans les jeux avec des doubles se projettent à ce point sur leur double. Ils ont vraiment l’impression d’être dans le jeu, dans le monde numérique et sortent donc d’eux-mêmes. Claire Sistach a bien voulu nous raconter son expérience d’immersion dans un jeu pendant un mois. Elle a créé deux avatars. Le premier a échoué et elle est entrée elle-même, par instanciation, dans un état dépressif. Son deuxième avatar a réussi, ce qui lui a permis de sortir de cet état. Le problème de la relation avec l’avatar est extrêmement intéressant.

Autre expérience autour d’une nouvelle interface. Je travaille depuis un an avec François Garnier de l’école des Arts décoratifs. Il a fait à Berlin un musée artificiel. Vous restez derrière votre ordinateur et votre avatar visite des galeries artificielles et rencontre et discute avec d’autres avatars en train d’admirer le même tableau. François Garnier était impressionné de constater à quel point les gens se projettent. Nous cherchons donc à déterminer les aspects sociaux qui font que nous nous projetons. Les neurosciences peuvent utiliser ces mondes numériques pour étudier les problèmes d’interactions sociales. Je prévois donc dans l’avenir de plus en plus de coopérations entre les acteurs du monde numérique et les neurosciences.

Concernant l’imagerie mentale et l’imagerie motrice, je vais vous livrer quelques découvertes des neurosciences modernes sur les bases neurales de l’imagerie. L’imagerie mentale utilise en partie certains des mécanismes de la perception. Ce sont les mêmes réseaux qui sont impliqués lors d’une perception visuelle et lorsque l’on ferme les yeux et que l’on commence à imaginer un paysage. L’imagerie mentale et la perception partagent les mêmes structures. Ce sujet fait l’objet d’une littérature abondante et de progrès constants.
L’imagerie et l’émulation mentale peuvent induire des modifications du cerveau au même titre que l’expérience. Je travaille avec le mathématicien Daniel Belkin sur les géométries du cerveau. Chez les mathématiciens, le volume de matière grise augmente avec l’ancienneté. Les chauffeurs de taxis londoniens ont un hippocampe plus développé que le nôtre parce qu’ils l’utilisent pour se représenter l’espace. Il y a donc une plasticité cérébrale importante même lorsque nous ne faisons que penser et utiliser l’imagerie mentale.
Cette plasticité est utilisée dans un grand nombre de domaines. L’entrainement par l’imagerie mentale des sportifs de haut niveau entraine même des modifications neurochimiques (de la dopamine corticale).
L’imaginaire ne consiste pas simplement à créer des images. Il sert à mettre en relation le passé et le futur puisque nous devons plonger dans nos mémoires pour créer des scénarios futurs. Les neurosciences parlent de voyage mental dans le temps. L’imaginaire en tant qu’aller-retour permanent entre le passé et le futur est lié à l’identité (cf. les notions phénoménologique de rétention/propension proposées par Husserl). Imaginer c’est passer son temps à faire cet aller-retour mental entre le passé et le futur entre lesquels se trouve l’identité.

Ces problèmes de projection dans les mondes numériques sont difficiles à explorer et vont demander des moyens considérables car il faudra également observer la dynamique cérébrale avec des technologies modernes d’exploration du cerveau (magnétoencéphalographie, EEG, etc.). A Harvard, Schepter effectue une expérience qui consiste à demander aux sujets d’imaginer des scénarios du futur afin d’identifier les circuits neuronaux en jeu. Il semble que les réseaux impliqués dans la création de scénarios du futur soient impliqués dans la mémoire, ce qui faciliterait cet aller-retour entre le passé et le futur. Explorer cette question constitue un défi majeur.
Enfin, il existe des réseaux communs pour l’imagerie motrice et le mouvement réel. Les aires activées pendant l’imagerie motrice sont différentes entre droitiers et gauchers. L’imagerie motrice n’est donc pas abstraite mais incarnée dans les mécanismes de l’exécution. Il faut revenir à l’acte comme fondement des fonctions cognitives les plus élaborées.
Les méthodes d’imagerie mentale basée sur la réalité virtuelle sont utilisées actuellement en pathologie. Par exemple dans le traitement des personnes traumatisées, l’imagerie mentale est utilisée pour tenter de contrôler les souvenirs dramatiques liés au traumatisme.
Je travaille beaucoup sur les espaces, qui sont importants pour l’imaginaire. Depuis toujours, l’espace est utilisé pour la mémoire et la création de récits imaginaires. Je vous recommande le livre de Frances Yates, The art of memory, et celui de Mary Carruthers, qui retrace l’utilisation des palais mentaux et des espaces depuis toujours pour engranger des données et des faits. Mary Carruthers montre que les palais mentaux dans lesquels les moines engrangeaient les versets de la Bible étaient aussi utilisés pour inventer des récits nouveaux. Les curés, qui stockaient des versets de la Bible dans un palais mental, pouvaient faire des sermons différents en faisant des chemins mentaux différents dans leurs connaissances. L’espace est un outil fondamental de la connaissance et de la création de mondes imaginaires. Depuis une dizaine d’années, on utilise la réalité virtuelle pour étudier par exemples la navigation dans des espaces tridimensionnels (quels sont les référentiels utilisés ?) et l’impact de la gravité sur le codage mental.

La réalité virtuelle a également envahi le domaine de la remédiation. A la Salpêtrière, le professeur Jouvent l’utilise pour la réhabilitation du schéma corporel chez des patients schizophrènes.
Dans notre laboratoire, nous avons créé des palais virtuels dans lesquels les sujets (sains et schizophrènes) sont contraints de changer de référentiels. On étudie l’impact de ces changements par IRM afin de déterminer le rôle du corps humain ou de l’individu dans cette manipulation de l’espace. Ces questions intéressent autant les industriels que les médecins.
Depuis 6 ans, grâce à Guillaume Thibault, nous menons un projet important autour de la navigation dans les centrales thermiques. Nous créons des mondes virtuels dans lesquels on étudie différentes questions autour du repérage.

Nous menons par ailleurs des études sur l’empathie à travers une coopération entre neurosciences et arts numériques (funambules numériques de Bret et Tramus, Paris 8).
Pour terminer, je signalerai quelques champs nouveaux ouverts par le numérique :

  • Un rapport de l’Académie des sciences a souligné le rôle des écrans dans l’apprentissage de l’enfant. Ce résultat reste à discuter.
  • Le projet Human Brain Project de l’Union européenne (100 millions d’euros par an pendant 10 ans) devrait aboutir à un supercalculateur à Lausanne pour simuler le cerveau et à un centre de neurosciences théoriques à Paris.
  • La robotique avec le domaine des interfaces cerveau-machine.
  • Les implants et les prothèses.

Questions / Réponses

 Marie-Françoise Chevallier – Le Guyader : Quelle place attribuez-vous à la psychanalyse ?
Alain Berthoz : Il y a des dialogues possibles entre neurosciences et psychanalyse, tout du moins avec certains psychanalystes !

 Vos exemples montrent que l’on tend vers une universalité du fonctionnement du cerveau. Est-on convaincu aujourd’hui qu’il n’y a pas plusieurs mécanismes qui peuvent coexister entre les différents individus ?
Alain Berthoz : Mon livre La vicariance traite justement de cette question. La science a beaucoup insisté sur les lois générales et depuis 30 ans, on a négligé ce qui fait la spécificité de chacun d’entre nous, à savoir la vicariance. Nous avons tous des cerveaux différents. Il est essentiel de revenir à la démarche de la psychologie différentielle. Grâce aux progrès de l’IRM, on s’est aperçu que quand on donne une tâche, les sujets font tous appel à des circuits différents pour la réaliser. Cette différence interindividuelle est essentielle à prendre en compte pour la réhabilitation et l’éducation. 11 universités italiennes ont pris mon livre La simplexité comme guide pour refonder la didactique et la pédagogie en Italie. Pourquoi ? Parce qu’ils veulent retrouver une pédagogie basée sur les compétences de chacun et la diversité. Il faut recréer des neurosciences différentielles. C’est en train de se faire.
Selon moi, c’est de la tension entre la nécessité d’avoir des règles universelles et la diversité du vivant que nait la créativité.

 Vous avez parlé de l’identification à des avatars au travers des jeux vidéo. Pensez-vous que cela pourrait modifier à terme notre façon de rêver ? Je pense par exemple à notre relation à notre propre mort qui est insupportable dans le rêve mais peut-être vécue de manière banale et répétitive par avatar interposé dans les jeux vidéo.
Alain Berthoz : La question des jeux vidéo est une question majeure sur laquelle il va falloir vraiment travailler. C’est pour cela que nous tissons des rapports avec les acteurs du monde numérique. Le fait de passer jusqu’à 5 heures par jour avec ses avatars ne peut pas ne pas avoir une influence profonde. C’est un sujet majeur à l’interface entre neurosciences, psychiatrie et monde numérique, qui mérite des grands programmes d’études.

 Monsieur Musso, vous avez donné une définition intéressante de l’innovation comme exploration des possibles. Dans l’industrie, on définit l’innovation comme une idée appliquée à un marché. L’apport de valeur ajoutée aux clients est souvent mesuré par la simulation de ce concept. Le numérique n’est-il pas un énorme accélérateur du techno-imaginaire et de l’innovation ?
Pierre Musso : Considéré stricto sensu, le numérique permet en effet d’explorer les mondes possibles et de les simuler. De ce point de vue, il accélère l’exploration des mondes possibles, grande idée leibnizienne. Comment créer des mondes possibles ? Comment les matérialiser ? Comment s’y projeter et même s’immerger dedans ? Nous travaillons avec Ubisoft et Dassault system sur cette possibilité de matérialiser les possibles. Le numérique est un outil formidable pour y parvenir.
Faire la critique des imaginaires du numérique n’est pas faire la critique de la technique elle-même. Faire la critique des représentations d’internet ne revient pas à critiquer internet. Il faut bien faire la distinction.

 Marie-Françoise Chevallier – Le Guyader : Je vais donner la parole à Laurent de Wilde pour qu’il nous dise ce qui l’a marqué dans les exposés d’Alain Berthoz et de Pierre Musso.
Laurent de Wilde : La musique est un art plurimillénaire et je suis frappé par une certaine inertie de l’oreille et du cerveau, qui tendent à se repaître de ce qu’ils connaissent. Quelle est la part de liberté de notre propre perception à voyager émotionnellement, mentalement sur des données sonores inconnues jusqu’ici ? Je ne sais pas si cela rentre dans les ramifications nerveuses. Il y a une pérennité de certains mythes, de certains usages de la perception et du cerveau qui nous rend très réticents à la nouveauté et en même temps incroyablement excités par elle. En tant qu’artiste, je m’interroge sur le positionnement du curseur entre le connu et l’inconnu. Jusqu’à quel point l’inconnu est-il ingérable ? Jusqu’à quel point le connu est-il capable de se renouveler ?

jeudi 27 février 2014, par HUCHERY Mélissa