Comme le soulignent les chercheurs, le cerveau humain est «plastique». En effet, il peut s’adapter et se reconnecter lui-même, souvent plus facilement lorsqu’il apprend de nouvelles choses liées à des compétences familières.
Cherchant à découvrir les limites fondamentales de la plasticité du cerveau, une nouvelle étude menée par California Institute of Technology publiée dans Neuron a découvert qu’il est effectivement plus facile d’apprendre s’appuyant sur des compétences déjà acquises, car une structure neuronale préexistante limite ce que l’on peut apprendre. En d'autres termes, il est probable que les compétences que nous avons déjà développées restreignent ce que nous pouvons apprendre facilement en peu de temps.
L'étude s'est concentrée sur une région du cerveau appelée cortex intrapariétal antérieur (anterior intraparietal cortex, AIP). Cette région régit les intentions d'une personne. À titre d'exemple, lorsqu'on tend la main pour ramasser un objet, l'AIP code d'abord l'intention de mouvement puis envoie des signaux aux régions du cerveau qui contrôlent les mouvements des muscles, des tendons et autres.
Pour l'étude, les chercheurs se sont associés à une femme adulte tétraplégique qui avait implanté chirurgicalement de minuscules électrodes dans son AIP afin de contrôler un système d'interface cerveau-machine (IMC). L'IMC mesure l'activité neuronale dans la région et peut être programmé pour traduire cette activité en instructions destinées à un dispositif prothétique (par exemple, un ordinateur). De cette façon, le participant à l'étude peut contrôler un curseur sur un écran d'ordinateur simplement en pensant à le déplacer.
Au cours des expériences, un écran d’écran affichant un curseur a été présenté au participant. Lorsqu'une zone particulière de l'écran s'illuminait, il lui était demandé de penser à déplacer son poignet droit paralysé comme si elle déplaçait physiquement le curseur de sa position de départ à la position en surbrillance. L'IMC a lu son intention neurale de bouger et a déplacé le curseur en conséquence.
Les neurones de l'AIP de la participante ont réagi de différentes manières en fonction de ce qu'elle voulait faire. À titre d'exemple, certains neurones sont activés pour des mouvements ascendants et d'autres, pour des mouvements descendants. L'IMC a été initialement calibré pour déplacer le curseur exactement comme le souhaitait le participant. Par exemple, si elle pensait déplacer le curseur vers le bas, les neurones accordés vers le bas augmenteraient leur activité pour traduire la pensée en mouvement du curseur.
Par la suite, les chercheurs ont modifié la correspondance entre l'activité neuronale et le mouvement du curseur. Par exemple, si la participante envisageait de baisser le poignet, le curseur se soulèverait. Pour certaines nouvelles cartographies, le participant a pu s’adapter à la perturbation. Dans ces cas, les chercheurs ont voulu savoir comment l'ajustement s'est produit. Les neurones individuels contrôlant l'IMC ont-ils appris à modifier leur réglage pour le haut et le bas? Ou le participant a-t-il appris à penser à monter quand on lui a demandé de descendre?
Les chercheurs ont découvert que la participante était parfois capable de s'adapter aux perturbations du mouvement du curseur en modifiant sa stratégie cognitive. Cependant, la participante n'a pas toujours été en mesure de résoudre la perturbation de la cartographie en adoptant une nouvelle stratégie cognitive. Dans ces cas, les chercheurs ont découvert que son cerveau ne générait pas de modèles totalement nouveaux d'activité neuronale. En d’autres termes, sa capacité d’adaptation. en particulier sa capacité de rediriger le curseur vers certains emplacements de l’espace, était limitée par l’accord du groupe de neurones à partir duquel elle était enregistrée. Les chercheurs croient que le câblage neuronal préexistant limite la capacité d'une personne à acquérir une nouvelle compétence.
Dans l’ensemble, les chercheurs mentionnent que les résultats suggèrent que certains types d’apprentissage prennent beaucoup plus de temps pour altérer le cerveau. Les chercheurs prévoient d’étudier différentes régions du cerveau en travaillant avec des personnes ayant des électrodes implantées dans des zones autres que l’AIP
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