Comment le cerveau apprend à gérer les surprises

Pour les enfants, le monde est plein de surprises. Les adultes, en revanche, sont beaucoup plus difficiles à surprendre. Et derrière cette situation apparemment simple se cachent des processus complexes. Des chercheurs de l'Université de Bâle ont utilisé des souris pour décoder la manière dont les réactions face à l'inattendu se développent dans le cerveau en pleine croissance.

Les bébés adorent jouer à cache-cache et continuent de réagir même à la dixième apparition soudaine de leur partenaire dans le jeu. Reconnaître l’inattendu est une capacité cognitive importante. Après tout, nouveau peut aussi signifier dangereux.

Cependant, la manière exacte dont les surprises sont traitées dans le cerveau change à mesure que nous grandissons : les stimuli inhabituels sont beaucoup plus rapidement classés comme « importants » ou « inintéressants », et sont nettement moins surprenants la deuxième ou la troisième fois qu'ils apparaissent. Cette efficacité accrue est tout à fait logique : de nouveaux stimuli peuvent attirer notre attention, mais ne provoquent pas de réaction inutilement forte qui nous coûte de l’énergie. Bien que cela puisse paraître anodin au premier abord, très peu de recherches ont été menées jusqu’à présent sur ce fait dans le contexte du développement du cerveau.

Les expériences menées sur de jeunes souris par l'équipe de recherche du professeur Tania Barkat ont maintenant commencé à décoder la façon dont le cerveau en développement traite les sons surprenants et ce qui change à mesure que nous grandissons. Les chercheurs ont rendu compte de leurs découvertes dans la revue Avancées scientifiques.

Des sons étranges

Dans leurs expériences, les chercheurs ont utilisé des séquences de sons dans lesquelles une tonalité différente était entendue à intervalles irréguliers entre une série de tonalités identiques. En même temps, ils ont enregistré les ondes cérébrales des animaux. Ce processus est connu sous le nom de « paradigme étrange » et est utilisé par les professionnels de la santé à des fins telles que le diagnostic de la schizophrénie.

Grâce à ces mesures, les chercheurs ont pu comprendre comment la réaction des différentes régions du cerveau au changement de tonus s'est développée au fil du temps chez les jeunes souris. Cette réaction était initialement très forte, mais diminuait à mesure que la région cérébrale concernée mûrissait, jusqu'à un niveau comparable à celui des mesures chez les animaux adultes. Ce développement ne s’effectue cependant pas simultanément dans les différentes zones du cerveau qui traitent le son.

Une région connue sous le nom de colliculus inférieur, située au début du trajet allant du nerf auditif au cortex auditif, était déjà complètement mature chez les animaux à l'âge de 20 jours, le premier moment étudié par l'équipe. Un deuxième site, le thalamus auditif, n'a montré une réaction « adulte » au ton différent qu'à l'âge de 30 jours.

Le développement du cortex cérébral lui-même, le « cortex auditif primaire », a pris encore plus de temps, jusqu'au 50e jour. « Ce développement de la réaction de surprise commence donc à la périphérie et se termine dans le cortex cérébral », explique la responsable de l'étude, Tania Barkat. Le cortex cérébral mûrit donc beaucoup plus tard que prévu : en années humaines, cela équivaudrait à peu près au début de la vingtaine.

Pas de développement sans expérience

Les chercheurs ont également observé que les expériences jouent un rôle clé dans le développement de la réponse surprise dans le cortex cérébral. Si les souris étaient élevées dans un environnement sans bruit, le traitement des sons inattendus dans le cortex auditif était considérablement retardé.

Une explication possible à cela est que le cerveau – et le cortex cérébral en particulier – forme une image interne du monde au cours de la croissance, qu'il compare ensuite avec des stimuli externes. Tout ce qui ne correspond pas à cette « vision du monde » est une surprise, mais peut aussi donner lieu à une mise à jour.

“Sans expérience des sons, le cortex cérébral de ces souris est incapable de développer un tel modèle du monde”, explique le neuroscientifique Barkat. En conséquence, l’animal est incapable de catégoriser correctement les sons entre « familiers » et « inattendus ».