Lors d’un sommeil symposium de recherche en janvier 2020, Janna Lendner a présenté des résultats qui suggèrent un moyen de regarder l’activité cérébrale des gens pour détecter des signes de la frontière entre l’éveil et l’inconscience. Pour les patients comateux ou sous anesthésie, il peut être très important que les médecins fassent cette distinction correctement. Cela est cependant plus délicat que cela puisse paraître, car lorsque quelqu’un est en état de rêve de sommeil paradoxal (REM), son cerveau produit les mêmes ondes cérébrales familières et oscillant en douceur que lorsqu’il est éveillé.

Lendner a fait valoir, cependant, que la réponse ne se trouvait pas dans les ondes cérébrales régulières, mais plutôt dans un aspect de l’activité neuronale que les scientifiques pourraient normalement ignorer: le bruit de fond erratique.

Certains chercheurs semblaient incrédules. « Ils ont dit: ‘Alors, vous me dites qu’il y a, comme, des informations dans le bruit?' », A déclaré Lendner, un résident en anesthésiologie à l’University Medical Center de Tübingen, en Allemagne, qui a récemment terminé un post-doctorat à l’Université de Californie , Berkeley. « J’ai dit oui. Le bruit de quelqu’un est le signal d’un autre.  »

Lendner fait partie d’un nombre croissant de neuroscientifiques stimulés par l’idée que le bruit dans l’activité électrique du cerveau pourrait contenir de nouveaux indices sur son fonctionnement interne. Ce qui était autrefois considéré comme l’équivalent neurologique de la statique télévisuelle agaçante peut avoir des implications profondes sur la façon dont les scientifiques étudient le cerveau.

Les sceptiques disaient au neuroscientifique Bradley Voytek qu’il n’y avait rien à étudier dans ces caractéristiques bruyantes de l’activité cérébrale. Mais ses propres études sur les changements du bruit électrique à mesure que les gens vieillissent, ainsi que la littérature précédente sur les tendances statistiques de l’activité cérébrale irrégulière, l’ont convaincu qu’il leur manquait quelque chose. Il a donc passé des années à travailler sur un moyen d’aider les scientifiques à repenser leurs données.

« Il ne suffit pas d’aller devant un groupe de scientifiques et de dire: » Hé, je pense que nous avons mal fait les choses « , a déclaré Voytek, professeur agrégé de sciences cognitives et de science des données à l’Université de Californie, San Diego. «Vous devez leur donner un nouvel outil pour faire les choses» différemment ou mieux.

Bradley Voytek, professeur agrégé de sciences cognitives et de science des données à l’Université de Californie à San Diego, a contribué à attirer l’attention sur l’importance de l’activité apériodique dans le cerveau en développant un logiciel pour l’étudier.Photographie: Jessica Voytek

En collaboration avec des neuroscientifiques de l’UC San Diego et Berkeley, Voytek a développé un logiciel qui isole les oscillations régulières – comme les ondes alpha, qui sont étudiées en profondeur chez les sujets endormis et éveillés – se cachant dans les parties apériodiques de l’activité cérébrale. Cela donne aux neuroscientifiques un nouvel outil pour disséquer à la fois les ondes régulières et l’activité apériodique afin de démêler leurs rôles dans le comportement, la cognition et la maladie.

Le phénomène que Voytek et d’autres scientifiques étudient de différentes manières porte de nombreux noms. Certains l’appellent «le 1 /F pente »ou« activité sans échelle »; Voytek a poussé à le rebaptiser «le signal apériodique» ou «activité apériodique».

Ce n’est pas seulement une bizarrerie du cerveau. Les modèles que Lendner, Voytek et d’autres recherchent sont liés à un phénomène que les scientifiques ont commencé à remarquer dans des systèmes complexes à travers le monde naturel et la technologie en 1925. La structure statistique apparaît mystérieusement dans tant de contextes différents que certains scientifiques pensent même qu’elle représente un loi de la nature inconnue.

Bien que des études publiées se penchent sur l’activité cérébrale arythmique depuis plus de 20 ans, personne n’a pu établir ce que cela signifie vraiment. Maintenant, cependant, les scientifiques disposent de meilleurs outils pour isoler les signaux apériodiques dans de nouvelles expériences et examiner plus en profondeur les données plus anciennes. Grâce à l’algorithme de Voytek et à d’autres méthodes, une multitude d’études publiées ces dernières années ont été menées avec l’idée que l’activité apériodique contient des trésors cachés qui peuvent faire progresser l’étude du vieillissement, du sommeil, du développement de l’enfance et plus encore.

Qu’est-ce que l’activité apériodique?

Nos corps sillonnent aux rythmes familiers des battements cardiaques et des respirations – des cycles persistants essentiels à la survie. Mais il y a des battements de tambour tout aussi vitaux dans le cerveau qui ne semblent pas avoir de modèle, et ils peuvent contenir de nouveaux indices sur les fondements du comportement et de la cognition.

Lorsqu’un neurone envoie un produit chimique appelé glutamate à un autre neurone, il rend le receveur plus susceptible de se déclencher; ce scénario s’appelle l’excitation. Inversement, si un neurone crache le neurotransmetteur acide gamma-aminobutyrique, ou GABA, le neurone receveur devient moins susceptible de se déclencher; c’est de l’inhibition. Trop de l’un ou l’autre a des conséquences: l’excitation détraquée conduit à des convulsions, tandis que l’inhibition caractérise le sommeil et, dans les cas plus extrêmes, le coma.