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Pourquoi aime-t-on autant regarder notre cerveau?

Gallant Lab

Gallant Lab

Difficile de ne pas être hypnotisé par des images de cervelles s'illuminant de toutes les couleurs sous l’œil des IRM, qu'importe que le commun des mortels n'ait pas la moindre idée de ce que cela peut signifier.

En avril dernier, Nature, la revue scientifique la plus prestigieuse au monde, faisait une une d'anthologie avec cette magnifique image de cerveau. Générée par ordinateur, elle est issue d'un article publié dans le numéro et montre la couche externe de l'organe entièrement recouverte de mots, comme autant de confettis colorés. De fait, l'article en question présente une «carte sémantique» du cortex cérébral –le siège de nos pensées les plus subtiles– et révèle quelles zones réagissent à différents mots prononcés à voix haute. L'étude a passionné son monde et a été relayée aux quatre coins de la planète. Elle est aussi associée à un modèle interactif permettant à tout un chacun d'explorer la localisation des mots dans le cerveau. Soit le parfait cocktail pour un emballement médiatique et la source de ce questionnement: pourquoi des millions de gens ont pu s'enflammer pour la distribution neuroanatomique des représentations linguistiques? C'était la pénurie de vidéos de chatons?

La réponse, je suppose, est globalement la même qu'à la question «pourquoi le modèle voici votre cerveau sous X (où X= la nourriture, la politique, le sexe, les podcasts et que sais-je) est si courant dans la presse», titre illustré comme de juste par un cerveau sous IRMf, s'illuminant de structures aussi mystérieuses que fascinantes.

Parce que, fondamentalement, les gens ne comprennent pas de quoi traitent les neurosciences, et qu'ils saisissent encore moins ce qu'elles sont susceptibles de nous dire. Mais, avant d'expliquer pourquoi il n'y a pas à s'exciter devant ce genre d'études, voyons ce que ces recherches nous apprennent et ce qu'elles sont de réellement exaltant. Différentes zones du cerveau traitent différents éléments de pensée et certaines régions du cortex sont organisées en «cartes»: la distance entre divers emplacements correspond à la distance physique et/ou conceptuelle entre ce qu'ils représentent. L'exemple le plus connu est l'homonculus sensitif: vous pouvez, littéralement, dessiner un corps humain (déformé) en partant du gyrus postcentral. Si on vous stimule la zone du cerveau correspondant au coude, votre coude vous démangera. Pareil si on vous stimule le point du cerveau où sont dessinées les fesses, vous aurez les fesses qui piquent.

Un test avec des milliers de mots

De nombreuses études ont aussi identifié des zones cérébrales impliquées dans la représentation de concepts, comme la notion d'action ou d'outil. Pour l'article de Nature, Alexander Huth, post-doc au sein du laboratoire de Jack Gallant de l'université de Californie à Berkeley, a emprunté un chemin bien plus large, en testant des milliers de mots, intégrés dans des récits complexes, pour voir quel genre de schémas d'activation la chose pouvait bien générer.

Huth, Gallant et leurs collaborateurs ont donc placé sept participants (dont Huth lui-même) dans un scanner d'IRMf et leur ont passé plus de deux heures d'histoires issues d'un programme radiophonique contenant environ 3.000 mots différents. Ils ont ensuite regardé, pour chaque mot, quelles étaient les zones du cerveau les plus actives. Pour de complexes raisons statistiques, ils y sont allés de manière indirecte. Accrochez-vous.

D'abord, ils sont listé environ 10.000 mots –ceux apparaissant dans le podcast, ajoutés à 7.000 mots courants. Ensuite, sur la base d'un million de livres, de pages Wikipédia et de commentaires Reddit, ils ont calculé la distance la plus courante entre ces 10.000 mots et 985 mots courants. Ce qui leur a permis de placer les 10.000 mots sur un plan à 985 dimensions, avec chacune des 985 coordonnées des mots spécifiant leur proximité avec chaque mot courant. (Si cet espace mathématique est impossible à visualiser, conceptuellement, il est similaire à un plan en trois dimensions, sauf que chaque point possède 985 coordonnées et pas uniquement les trois x, y et z). Une orchestration qui a permis non seulement aux chercheurs d'associer les 3.000 mots du podcast aux zones cérébrales qu'ils activaient (chaque zone étant divisée en régions de la taille d'un petit pois, les voxels), mais aussi de lier chacune des 985 coordonnées sémantiques à ces zones. Ensuite, ils ont additionné tous ces couples coordonnée/voxel, correspondant aux 3.000 mots, et ont calculé la moyenne des corrélations emplacement/voxel. Ainsi, ils ont pu prendre n'importe lequel des 10.000 mots, même ceux qui n'avaient pas été présentés aux cobayes, et en fonction de leur emplacement sur le plan à 985 dimensions, prédire la zone qu'ils allaient activer dans le cerveau. Enfin, il ne leur restait plus qu'à tester leurs résultats en faisant écouter à leurs participants dix minutes d'émission supplémentaires, tout en scannant leur cerveau, afin de déterminer si leurs pronostics étaient fondamentalement justes.

Une fois prédite la manière dont un mot donné allait activer le cerveau, les scientifiques ont voulu y aller à rebours, du cerveau au mot. En d'autres termes, ils ont voulu localiser une région du cortex et voir quels mots ou concepts elle représentait. Ils ont donc statistiquement turbiné leurs 985 dimensions pour les regrouper en dimensions plus petites, basées sur une activation cérébrale similaire. Par exemple, si la fréquence avec laquelle des mots se retrouvaient à proximité de fourchette (sur Wikipédia et ailleurs) était fortement corrélée à leurs coordonnées dans la dimension de la cuillère, alors ces deux dimensions pouvaient être rassemblées en une, celle représentant les ustensiles de cuisine.

Quatre dimensions

Grâce à cette méthode, les chercheurs allaient réduire les 985 dimensions à quatre. La première dit globalement si la signification d'un mot est proche des humains et des interactions sociales (c'était le cas des mots social, émotionnel, communautaire) ou si elle est davantage liée à des descriptions perceptives, quantitatives ou contextuelles (comme tactile, numérique, visuel, local). La seconde dimension, explique Huth, dit généralement si la signification d'un mot est à la fois sociale et perceptive (main, violence) ou ni l'une ni l'autre (allant, temps).

(Les dimensions sont assez compliquées à interpréter, et dans l'article, les chercheurs ne se donnent même pas la peine de déterminer la troisième et la quatrième).

Une fois les trois dimensions à disposition, les chercheurs leur ont assigné trois couleurs –rouge, vert et bleu (les trois couleurs primaires additives, comme les signaux RGB de la télé). Plus un mot était fort dans une des trois dimensions, plus la couleur assignée à la dimension y était accentuée. Les mots hautement sociaux, par exemple, sont très rouges. Ensuite, les chercheurs ont coloré la surface du cerveau, pour que les zones corticales correspondent aux couleurs des mots qu'elles représentaient. Le résultat: un cerveau aux couleurs de l'arc-en-ciel, contenant toutes les combinaisons de couleurs. Une apparence sympathique qui rend plus accessibles les résultats de l'étude. Sur le modèle en ligne, vous pouvez faire tourner le cerveau, zoomer, cliquer sur chaque couleur et voir quel nuage de mots est le plus susceptible d'activer quelle zone du cortex.

Pour générer cet outil, les chercheurs ont refait les calculs sus-cités sept fois, une fois pour chaque volontaire. Étape finale: user d'un algorithme de leur conception pour combiner toutes les données cérébrales ainsi obtenues en un seul atlas sémantique générique. Là je vous passe les détails, mais si cela vous intéresse, ils précisent leur méthode dans un autre article.

Deux résultats surprenants

Tout ce boulot pour obtenir deux résultats très surprenants. De un, que la carte sémantique de chaque individu est relativement symétrique de gauche à droite, ce qui contredit des études antérieures laissant entendre que la compréhension du langage est globalement gérée par l'hémisphère gauche. De deux, que tout le monde a une carte à peu près identique.

A priori, une des principales critiques qu'on peut faire à cet article, c'est son petit échantillon. Ce genre d'étude à base d'IRMf comporte d'ordinaire le double de participants, et pour une étude comportementale, c'est dix fois plus. Sauf que l'étude est ici différente en ce qu'elle collecte énormément de données pour chaque sujet – les réactions individuelles à des milliers de mots – elle n'avait donc pas besoin d'une énorme cohorte. Comme me l'a expliqué Huth «On a préféré aller au fond de notre jeu de données, pas dans les grandes largeurs».

Une autre critique, c'est que tous les participants étaient des droitiers et des anglophones de naissance proches de Berkeley. Pour Huth, cette homogénéité est une force, dans le sens où il voulait contrôler le plus de variables individuelles possibles. (Si, par exemple, deux des volontaires avaient été gauchers et avaient parlé une autre langue maternelle, rien ne dit que les éventuelles différences trouvées sur leurs cartes sémantiques auraient été significatives. Peut-être qu'elles auraient été tout simplement du bruit, car deux personnes ne représentent pas un échantillon suffisant pour savoir si les différences viennent du langage ou de la prévalence manuelle, ou s'il s'agit d'une variation due au hasard).

Avec ce premier atlas cérébral en main, l'équipe de Huth cherche désormais à étudier des natifs d'autres langues et des gens pour qui l'Anglais est une seconde langue. Selon Huth, cela ne va pas changer grand chose. «J'ai l'impression que nos points communs existentiels sont bien plus nombreux que les différences à la surface formelle de nos langages», m'a-t-il dit. Et il est fou de joie à l'idée d'utiliser l'outil qu'ils ont conçu pour poser d'autres questions sur la manière dont le cerveau se sert du langage. La chose pourrait même avoir des applications médicales, pour diagnostiquer par exemple les dégâts causés par un traumatisme crânien ou une maladie. Un jour, il pourrait même servir à converser avec des robots, dans une sorte de télépathie informatique.

De jolies images

J'ai passé beaucoup de temps à jouer avec, en étant fasciné/hypnotisé, avant de me rendre compte que je ne comprenais quasiment rien à l'affaire. C'était tout simplement rigolo

 

Les raisons de sauter au plafond sont donc effectivement nombreuses. Reste que les deux principales avancées scientifiques que permet cette étude –le fait que les cartes sémantiques sont symétriques entre les deux hémisphères et qu'elles sont uniformes entre les individus– sont sans doute fascinantes pour des neuroscientifiques, mais ce n'est pas ça qui va vous faire gagner la course au like sur Facebook. Alors pourquoi cet article a-t-il autant déchaîné les foules?

Deux raisons à cela. La première, ce sont les jolies images. Oui, ces cerveaux arc-en-ciel sont réellement magnifiques. Pour citer Huth, si l'étude est «assez ésotérique et difficilement digestible», «les graphiques sont quand même vachement cool». Une coolitude redoublée par une vidéo postée par les scientifiques et l'outil interactif extrêmement ludique –c'est vous qui êtes aux manettes. Comme me l'a écrit une personne «J'ai passé beaucoup de temps à jouer avec, en étant fasciné/hypnotisé, avant de me rendre compte que je ne comprenais quasiment rien à l'affaire. C'était tout simplement rigolo». «Follement captivant», a-t-elle ajouté. Essayez pour voir. Enfin un concurrent sérieux aux vidéos de chatons!

Ensuite, et cela s'applique quasiment à toutes les histoires de «cerveau sous X», je suppose que les gens s'attendent à ce que les études de neuroimagerie en disent bien davantage sur notre psychologie qu'elles ne le font ou ne le peuvent. Voyez cette étude des PNAS, parue le mois précédant celle de Nature, sur le fait que le LSD active fortement le cortex visuel et ses interactions avec d'autres zones du cerveau (CNN a titré «Voici votre cerveau sous LSD, littéralement»). Toute personne ayant pris un jour du LSD vous dira: «Hein?» Décrire ce que tout le monde sait sur les trips visuels sous acide, il en faut plus pour ameuter les foules. Mais affirmer qu'on le voit dans le cerveau, là, ça fait son petit effet. Comme si les gens, en général, ne croient ni ne valorisent les études de psychologie tant qu'elles ne sont pas réifiées par les neurosciences (c'est ce qu'on appelle le neuro-réalisme).

Globalement, voir qu'un stimulus active une partie du cerveau ne nous dit quelque chose que sur la manière dont ce stimulus affecte le vécu d'un individu, sur la base d'autres études associant la zone du cerveau concernée avec telle ou telle expérience. On peut étudier la connexion entre le stimulus et l'expérience bien plus facilement et directement: une étude qui montre qu'une image de gâteau active le striatum ventral, une zone associée avec la récompense, ne nous dit rien de plus que ce que nous pouvons apprendre en regardant un gamin face à un cookie. Votre scanner à dix mille, vous pouvez le laisser à la cave.

Avec la carte sémantique interactive, si vous cliquez sur une zone du gyrus angulaire droit qui représente les mots sociaux, vous pouvez voir qu'il réagit à père et à mari. Mais on savait déjà que ces deux mots étaient reliés, donc rien de nouveau sous le soleil. La même zone réagit à d'autres mots, comme «mois». Ici, la connexion est moins évidente, mais révèle-t-elle quoi que ce soit sur l'humanité? Probablement pas. Je n'ai pas, subitement, une meilleure compréhension des «maris» ou des «mois» sous prétexte que je sais que deux zones voisines dans le cerveau réagissent à ces deux mots. L'étude ne cherche pas à présager de la signification de cette carte –la proximité de ces mots peut être accidentelle, ou relever d'un lien superficiel ou, au contraire, bien trop profond pour nos étroits esprits.

«C'est vrai que c'est un gros bordel»

Dans un sens, cette carte est bien moins éloquente qu'on peut le croire. Dans un article en faisant mention, j'ai lu que «leurs résultats laissent entendre que le langage est bien plus complexe qu'escompté». Je ne crois pas que l'étude dise quoi que ce soit du langage –ou, du moins, pas à un niveau accessible au commun des locuteurs, ni même à un linguiste. Encore une fois, nous voyons que les neurosciences nous en disent énormément sur notre biologie, mais pas tant que ça sur notre psychologie.

Huth n'est pas en désaccord avec la difficulté d'appliquer les neurosciences à la psychologie, et s'en sort avec une pirouette «C'est vrai que c'est un gros bordel». Selon lui, il est possible que les neurosciences nous aident un jour à mieux comprendre nos comportements, mais ce n'est pas demain la veille, et en attendant, la meilleure façon d'étudier nos comportements... c'est d'étudier nos comportements.

Reste qu'une palanquée d'études montrent que les gens trouvent les explications des comportements plus satisfaisantes si elles sont accompagnées d'une image de cerveau – ou même si elles se contentent simplement de mentionner l'organe. Pourquoi le cerveau offre-t-il autant de sens aux recherches psychologiques?

Selon Diego Fernandez-Duque, psychologue de Villanova et spécialiste de cet attrait des neurosciences, c'est parce que nous avons admis l'idée du «cerveau comme moteur de l'esprit». Nous apprécions quand les branches scientifiques se raccrochent les unes aux autres, et les neurosciences sont un niveau plus fondamental que la psychologie. Deena Weisberg, psychologue de l'université de Pennsylvanie, est l'auteure d'un article sur cette question. Elle trouve non seulement que les gens considèrent les explications psychologiques plus convaincantes lorsqu'elles s'accompagnent de références absconses aux neurosciences, mais que les neurosciences sont aussi plus convaincantes quand elles se peuplent de biologie, quand la biologie est parsemée de chimie, et la chimie d'un zeste hypocalorique de physique.

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Les neurosciences offrent donc des explications réductionnistes satisfaisantes (quoique souvent vides de sens) à la psychologie. Et sur toutes les explications scientifiques réductionnistes possibles, celles des phénomènes psychologiques sont évidemment les plus captivantes. Parce que la psychologie, c'est ce qui se rapporte le plus à notre vie quotidienne, à nos envies, nos angoisses, ce qui fait nos identités propres.

Une troisième explication au pouvoir de séduction des études comme celle de Huth et al., en plus des jolies images et du neuro-réalisme, c'est notre propension intuitive au dualisme cartésien –notre tendance automatique à considérer l'esprit et le cerveau comme deux entités séparées et même séparables. Cette phrénologie générée par ordinateur nous rappelle combien toute l'abstraction de nos pensées et de notre conscience provient d'un bout de matière et qu'il est possible de voir, littéralement, des idées cartographiées sur un espace physique. C'est une notion qui a bien sûr des centaines d'années, mais elle nous surprend à tous les coups. Même des journalistes scientifiques aguerris peuvent écrire des trucs comme «Ils apprenaient et leur cerveau faisait de même».

Mais l'hypothèse manque de solidité, car le dualisme n'est pas corrélé avec le degré d'intérêt que telle ou telle étude peut susciter. Comme le résume Weisberg: «le fait que cet [attrait réductionniste] concerne différentes sciences suggère que le dualisme n'est pas le seul responsable. Pour autant, nous n'avons pas encore de mesure infaillible des croyances dualistes des individus, donc cette notion joue peut-être un rôle».

Voici quelques temps, j'assistais à une conférence professionnelle de «neuro-leadership». La plupart des intervenants parlaient psychologie. Certains ont balancé une référence au cerveau à un moment ou à un autre, sans que je sache bien quel intérêt pour les encravatés du public de savoir quelle zone du cerveau peut s'activer quand ils se sentent maîtres de la situation, convaincus ou créatifs. Sauf qu'en parlant avec eux, j'ai bien vu que cela les passionnait. Le cortex a tout d'un mot magique pour captiver un auditoire. L'amygdale est le nouveau «Sésame, ouvre-toi». Si votre présentation est solide, et beaucoup l'étaient à ce séminaire, y accoler quelques colifichets neuro-réalistes est un moyen sans doute justifiable d'attirer l'attention. Bien sûr que c'est débile –comme agiter ses clés devant le nez d'un nourrisson–, mais cela ne fait globalement de mal à personne.

Alors la prochaine fois que vous verrez une image de cerveau, ne vous gênez pas: cliquez. Que l'article soit ou non aussi profond qu'il en a l'air, vous apprendrez sûrement quelque chose sur la biologie, voire sur la psychologie. Et dans tous les cas, c'est sûr et certain, vous en apprendrez bien plus que devant une vidéo de chatons.

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