La vraie science (pas la science en fauteuil) de la conscience

Parmi les chercheurs sur le cerveau, il existe un truisme qui dit que la raison pour laquelle les gens sous-estiment la quantité de traitement inconscient qui se déroule dans votre cerveau est que vous n’en êtes pas conscient. Et bien qu’il y ait beaucoup de traitement inconscient, le truisme souligne également une dualité : votre cerveau effectue à la fois un traitement qui mène à la conscience et un traitement qui n’y mène pas. Comme vous le verrez ci-dessous, cette dualité a ouvert une approche scientifique à l’étude de la conscience.

Les résultats subjectifs sont-ils scientifiques ?

Chercheur vérifiant les images IRMf.
Vérification des images IRMf.

En science, nous sommes habitués aux résultats de tests empiriques, à des mesures effectuées de manière vérifiable, à une lecture d’un compteur étalonné où cette lecture peut être effectuée encore et encore par différentes personnes. Mais que se passe-t-il si tout ce que vous avez à faire est ce qu’une personne dit vivre, une observation subjective ? Cela n’a pas l’air très scientifique.

Ce manque de preuves non subjectives est une grande partie de ce qui a bloqué la recherche scientifique sur la conscience pendant de nombreuses années. Mais la conscience est unique. Bien que nous disposions d’outils de mesure pour observer l’activité cérébrale, comment savoir si cette activité contribue à une expérience consciente ou inconsciente ? Le seul moyen est de demander à la personne dont vous mesurez le cerveau. Sont-ils conscients d’une image qui leur est présentée ? Si ce n’est pas le cas, c’est en train d’être traité inconsciemment. Vous devez leur demander, et leur réponse est, naturellement, subjective.

Le scepticisme à l’égard des résultats subjectifs et le manque d’outils ont freiné la recherche scientifique sur la conscience pendant de nombreuses années. Il était même tabou d’utiliser le mot C jusqu’aux années 1980, lorsque les chercheurs ont décidé que les résultats subjectifs étaient corrects. Depuis lors, il y a eu beaucoup de recherches scientifiques sur la conscience et voici un échantillon de ces recherches. Et comme vous le verrez, cela a même sauvé une vie ou deux.

Outils de mesure

Le nombre de méthodes et d’outils pour examiner le cerveau humain a augmenté au fil des ans. Le premier était d’apprendre des patients en neuropsychologie qui ont subi des lésions cérébrales, en corrélant les zones physiquement endommagées avec les effets qui en résultent. Ensuite, il y a le type d’expériences souvent associées aux psychologues où les sujets effectuent des tâches et leur comportement est surveillé pour tester certaines hypothèses.

Une autre méthode précoce était l’insertion d’électrodes dans le cerveau, généralement pendant que les patients subissent une intervention chirurgicale. L’avantage des électrodes est qu’elles peuvent être utilisées à la fois pour surveiller l’activité neuronale et pour la stimuler.

Exemple d'EEG.
Exemple d’EEG. Crédit : Der Lange CC BY-SA 2.0

L’électroencéphalographie (EEG) consiste à placer des électrodes sur le cuir chevelu pour mesurer les fluctuations de tension résultant du courant ionique dans les neurones du cerveau. C’est une ancienne méthode qui a beaucoup évolué, parfois avec le placement de jusqu’à 256 électrodes. La magnétoencéphalographie (MEG) est similaire à l’EEG, sauf qu’elle mesure les champs magnétiques à l’aide de pétards placés sur le cuir chevelu. L’EEG et le MEG sont tous deux particulièrement utiles pour suivre le calendrier des événements, car ils mesurent l’activité neuronale au fur et à mesure qu’elle se produit. Vous avez probablement entendu parler de l’EEG dans le contexte de l’observation des ondes cérébrales.

La tomographie par émission de positons (TEP) et l’imagerie par résonance magnétique (IRM) sont également largement utilisées depuis un certain temps. L’IRM fonctionnelle (IRMf), inventée en 1990, donne une image 3D de l’activité cérébrale en détectant de petits changements dans le flux sanguin qui suivent le début de cette activité cérébrale. Mais tandis que l’IRMf donne une bonne vue complète du cerveau de l’activité s’est produite, il retarde l’activité neuronale d’environ 1 ou 2 secondes et n’offre donc pas le timing précis que vous obtenez avec l’EEG ou le MEG.

Outre les électrodes dans le domaine de la stimulation cérébrale, il y a la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) et l’optogénétique. Le TMS utilise l’induction électromagnétique pour provoquer un courant à travers les membranes cellulaires des neurones, ce qui peut les déclencher. L’optogénétique provoque le déclenchement des neurones en les stimulant avec de la lumière, généralement à partir d’un laser.

Masquage et amorçage subliminal

Retour à la conscience. Imaginez pouvoir concevoir une expérience où vous pouvez contrôler ce qui est traité inconsciemment et ce qui est traité consciemment afin que vous puissiez ensuite utiliser des instruments pour déterminer quelles voies neuronales sont utilisées dans les deux cas. Le masquage est un outil qui permet ce niveau de contrôle. Un exemple de masquage consiste à afficher une image pendant 33 millisecondes, mais avant et après l’avoir affichée, affichez une autre image appelée masque. Vous serez conscient de l’image du masque mais pas de celle du milieu qui n’a été affichée que pendant 33 millisecondes. Cette durée est idéale, et plus elle est affichée longtemps, plus il est probable que vous en soyez conscient.

Expérience de masquage et d'amorçage.
Expérience de masquage et d’amorçage.

Un exemple d’une telle expérience montre un masque de 71 ms, puis un chiffre numérique ou le mot pour un nombre pendant 43 ms, puis un autre masque de 71 ms, puis un deuxième chiffre, cette fois pendant 200 ms. Vous n’aurez pas traité le premier nombre consciemment, mais il vous sera demandé d’indiquer si le deuxième chiffre était inférieur ou supérieur à 5 en levant respectivement votre main gauche ou droite. Si la valeur du premier chiffre était proche de la valeur du deuxième chiffre, vous pourrez alors déplacer votre main plus tôt.

Pourquoi? Parce que même si vous n’étiez pas conscient du premier chiffre, des voies inconscientes dans votre cerveau impliquant le cortex moteur auront été activées en raison du premier chiffre. Et même si vous ne le savez pas, le traitement en cours a été observé à l’aide de l’EEG et de l’IRMf. Cette expérience est également appelée amorçage ou amorçage subliminal, où le premier chiffre amorce l’activité du second.

Clignotement attentionnel

Une autre technique pour créer un traitement conscient et inconscient dans une expérience consiste à tirer parti du fait qu’il y a une limite au nombre de choses qui peuvent être prises en charge en même temps, vous saturez la conscience. Une façon de le démontrer est de montrer une séquence de nombres et au milieu, de montrer deux lettres. On vous dit de surveiller les lettres. La première lettre est facilement mémorisable. Cependant, si la deuxième lettre arrive trop tôt après la première, vous ne vous en rendrez pas compte du tout. C’est ce qu’on appelle le clignement attentionnel. Avec quelques ajustements, cela vous permet d’étudier ce qui se passe dans le cerveau lorsque la lettre est consciemment perçue par rapport à quand elle ne l’est pas.

Ces techniques d’amorçage, de masquage et de clignement attentionnel ont été si finement réglées que toutes sortes d’expériences peuvent être planifiées à l’avance où les chercheurs peuvent produire une activité inconsciente et consciente à volonté, puis observer l’activité cérébrale qui en résulte.

Observer l’activité consciente

EEG de l'activité cérébrale consciente et inconsciente.
EEG de l’activité cérébrale consciente et inconsciente.

Une expérience qui impliquait l’observation d’une activité consciente impliquant un clignotement attentionnel et a finalement contribué à la capacité de détecter la conscience chez les patients dans le coma. L’expérience a utilisé l’EEG pour que les événements puissent être observés au fur et à mesure qu’ils se produisaient. Une séquence d’images de lettres et de mots a été montrée aux sujets. On leur a demandé de détecter des mots dans la séquence, mais on leur a également montré des images contenant des lettres sur lesquelles ils devaient rendre compte. Les lettres agissaient comme une distraction, leur faisant rater le mot. C’était le clignement d’attention. Les expérimentateurs ont réglé les paramètres de manière à pouvoir contrôler quand les sujets verraient consciemment le mot et quand ils en seraient inconscients, il serait invisible.

Le diagramme montre les résultats de l’EEG comparant l’activité cérébrale lorsque le mot a été vu par rapport à lorsqu’il n’a pas été vu. L’activité à environ 96 ms et 180 ms était à peu près la même pour les deux. Il s’agit d’une activité inconsciente où se déroulait le premier traitement des images. Mais ensuite, vers 276 ms, il a commencé une grande différence d’activité entre le moment où le mot a été vu et celui où le mot n’a pas été vu. Cela a continué jusqu’à environ 576 ms. Cette différence est le traitement conscient.

Ce moment et cette activité sont courants pour les activités conscientes impliquant la vision. Un traitement pratiquement identique se produit pendant environ les 300 premières ms dans les expériences où les sujets déclarent être inconscients ou conscients de ce qui est testé. Cependant, pour les expériences où les sujets déclarent être conscients de ce qui est testé, à partir d’environ 300 ms, il y a une avalanche d’activité.

Dans le livre de Stanislas Dehaene, La Conscience et le Cerveau : Déchiffrer comment le cerveau code nos pensées, il décrit quatre signatures de la pensée consciente, c’est-à-dire l’activité qui est observée lors de cette avalanche :

  1. un allumage soudain de l’activité dans la partie supérieure du dos du cerveau où le traitement sensoriel se produit (la région pariétale) et la partie avant du lobe frontal du cerveau (le cortex préfrontal) qui est impliqué dans la prise de décision, la mémoire à court terme, la planification et autre activité de haut niveau,
  2. une onde P3 observée à l’EEG qui balaie la région pariétale et le cortex préfrontal,
  3. une explosion tardive et soudaine d’oscillations à haute fréquence, et
  4. une synchronisation massive des signaux électromagnétiques à travers l’ensemble du cortex – la couche externe ridée du cerveau.

Ce sont donc des signatures de la conscience et l’examen de ce qui se passe dans le cerveau pendant cette période pourrait un jour permettre de comprendre exactement comment fonctionne la conscience. En attendant, ces recherches ont abouti à un détecteur de conscience.

Détecter la conscience chez les patients dans le coma

Dans son livre, Dahaene décrit comment lui et ses collègues ont utilisé cette recherche pour détecter la conscience ou l’absence de conscience chez les patients dans le coma. Pour le rendre bon marché, ils ont utilisé l’EEG, disponible dans de nombreuses unités de soins intensifs. Ils ont testé la vague P3, la 2ème signature de la conscience.

Ils jouent quatre sons identiques suivis d’un cinquième déviant : bip, bip, bip, bip, boop. Le déviant déclenche une vague P3. Malheureusement, le cortex auditif produit également une réponse d’inadéquation inconsciente, appelée MMN, qui se traduit également par une onde P3. Pour compenser cela, ils jouent les quatre bips répétés et le boop déviant pendant un moment, puis jouent soudainement cinq bips sans le déviant. Sans le déviant, la réponse d’inadéquation inconsciente ne s’active pas, mais le traitement conscient remarque qu’il n’y a pas eu de déviance et que la vague P3 se produit toujours. Un patient qui n’était pas conscient ne produirait pas l’onde P3.

Leur test a identifié différents patients comme inconscients ou conscients et ceux qui ont montré une conscience ont repris conscience partielle ou totale en quelques jours. L’utilisation ultérieure du test a même sauvé une vie. Les médecins avaient un patient qu’ils étaient prêts à abandonner lorsque cette technique de détection les a convaincus d’attendre encore un peu. Ils l’ont fait et le patient a finalement récupéré complètement.

Alors la prochaine fois que quelqu’un vous dira que nous ne savons pas ce qu’est la conscience et que c’est quelque chose de mystique, inconnaissable, dites-lui qu’il y a de vraies recherches scientifiques sur la conscience qui ont déjà produit des résultats bénéfiques, même si le domaine est encore dans son enfance.