Le cerveau humain est-il unique parmi les animaux ? Une nouvelle étude suggère une réponse évolutive

Les gens ne sont pas compétitifs dans le domaine de la cognition. Après tout, aucune autre espèce n’a envoyé de sondes sur d’autres planètes, produit des vaccins vitaux ou créé de la poésie. Comment l’information est traitée dans le cerveau humain pour le rendre possible est une question qui a été sans cesse enchantée, mais il n’y a pas de réponses définitives.

Notre compréhension de la fonction cérébrale a changé au fil des ans. Cependant, les modèles théoriques actuels décrivent le cerveau comme un “système informatique distribué”. Cela signifie qu’il a différents composants qui sont étroitement connectés à travers le câblage du cerveau. Afin de communiquer entre elles, les régions échangent des informations via un système de signaux d’entrée et de sortie.

Cependant, ce n’est qu’une petite partie de l’image plus complexe.

Quoi de neuf – dans une étude publiée dans Neurosciences naturelles, en utilisant des preuves provenant de différentes espèces et de plusieurs disciplines des neurosciences, nous montrons qu’il n’y a pas qu’un seul type de traitement de l’information dans le cerveau. La façon dont les informations sont traitées chez les humains et les autres primates diffère également, ce qui peut expliquer pourquoi notre espèce a de meilleures capacités cognitives.

Nous avons emprunté des concepts au cadre mathématique de la soi-disant théorie de l’information, une étude de la mesure, du stockage et de la transmission des informations numériques essentielles aux technologies telles qu’Internet et l’intelligence artificielle pour surveiller la façon dont le cerveau traite les informations. Nous avons constaté que différentes régions du cerveau utilisent différentes stratégies pour communiquer entre elles.

Certaines zones du cerveau échangent des informations avec d’autres de manière très stéréotypée, en utilisant l’entrée et la sortie. Cela garantit que les signaux sont transmis de manière reproductible et fiable. Cela s’applique aux domaines spécialisés dans les fonctions sensorielles et motrices (telles que le traitement des informations audio, visuelles et de mouvement).

Entrer dans les détails – Prenez, par exemple, les yeux, qui envoient des signaux à l’arrière du cerveau pour traitement. La plupart des informations envoyées sont dupliquées et fournies par chaque œil. En d’autres termes, la moitié de ces informations ne sont pas nécessaires. Ainsi, nous appelons ce type de traitement de l’information entrée-sortie “redondant”.

Mais la redondance assure la solidité et la fiabilité – elle nous permet toujours de voir d’un seul œil. Cette capacité est essentielle à la survie. En fait, il est si important que les connexions entre ces zones du cerveau soient anatomiquement connectées dans le cerveau, comme une ligne fixe.

Cependant, toutes les informations transmises à l’œil ne sont pas superflues. La combinaison des informations des deux yeux permet au cerveau de traiter la profondeur et la distance entre les objets. C’est la base de nombreuses lunettes 3D différentes au cinéma.

Ceci est un exemple d’une manière fondamentalement différente de traiter des informations qui sont plus grandes que la somme de ses parties. Nous appelons ce type de traitement de l’information “synergique” lors de l’intégration de signaux complexes provenant de différents réseaux cérébraux.

Comment les gens traitent beaucoup d’informations

Le traitement synergique est le plus répandu dans les régions du cerveau qui prennent en charge de nombreuses fonctions cognitives plus complexes, telles que l’attention, l’apprentissage, la mémoire de travail et la cognition sociale et numérique. Il n’est pas connecté dans le sens où il peut devenir une réponse à notre expérience de connexion de différents réseaux de différentes manières. Cela facilite la combinaison des informations.

Les zones où il y a beaucoup de synergie – principalement dans la partie avant et médiane du cortex (la couche externe du cerveau) – intègrent différentes sources d’informations dans tout le cerveau. En conséquence, ils sont plus largement et efficacement associés au reste du cerveau que les zones qui traitent des informations sensorielles et motrices primaires.

Dans les zones de haute synergie qui soutiennent l’intégration de l’information, il existe généralement de nombreuses connexions synaptiques microscopiques qui permettent aux cellules nerveuses de communiquer.

La synergie nous rend-elle spéciale ?

Nous voulions savoir si cette capacité à collecter et à compiler des informations via des réseaux complexes à travers le cerveau est différente pour les humains et les autres primates qui nous sont évolutivement proches.

Pour le savoir, nous avons examiné les données d’imagerie cérébrale et l’analyse génétique de différentes espèces. Nous avons constaté que l’interaction synergique représente plus du flux total d’informations dans le cerveau humain que dans le cerveau du macaque. En revanche, les cerveaux des deux espèces sont égaux dans la mesure où ils s’appuient sur des informations redondantes.

Cependant, nous avons également examiné spécifiquement le cortex préfrontal, la région antérieure du cerveau qui prend en charge un fonctionnement cognitif plus avancé. A Macao, le licenciement est plus présent dans la région, alors qu’il s’agit d’un domaine de synergie pour les humains.

Le cortex préfrontal a également évolué de manière significative avec l’évolution. En examinant les données du cerveau du chimpanzé, nous avons constaté que plus la région du cerveau humain s’est développée au cours de son évolution par rapport à son homologue chimpanzé, plus cette région s’est appuyée sur la synergie.

Singes rhésus au temple de Swayambhunath au Népal.Shutterstock

Nous avons également examiné l’analyse génétique des donneurs humains. Cela indique que les régions cérébrales associées au traitement synergique des informations sont plus susceptibles d’exprimer des gènes uniques à l’homme et impliqués dans le développement et le fonctionnement du cerveau, comme l’intelligence.

Cela nous a amenés à conclure que le tissu cérébral humain supplémentaire acquis à la suite de l’évolution pourrait être principalement dédié à la synergie. À son tour, il est tentant de supposer que les avantages d’une plus grande synergie peuvent expliquer en partie les capacités cognitives supplémentaires de notre espèce. La synergie peut ajouter une pièce importante au puzzle de l’évolution du cerveau humain qui manquait auparavant.

En fin de compte, nos travaux montrent comment le cerveau humain parvient à faire un compromis entre fiabilité et intégration de l’information – nous avons besoin des deux. Il est important de noter que le cadre que nous avons développé nous permet de fournir de nouvelles connaissances critiques sur un large éventail de problèmes de neurosciences, de la cognition générale à des conditions spécifiques.

Cet article a été initialement publié Discuter Emmanuel A Stamatakis, Andrea Luppi et David Menon de l’Université de Cambridge. Lisez l’article original ici.

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