Les cellules conceptuelles aident votre cerveau à abstraire les informations et à créer des souvenirs
Les cellules individuelles du cerveau s'activent pour des idées spécifiques. Ces neurones conceptuels, autrefois connus sous le nom de " cellules de Jennifer Aniston ", nous offrent à penser, à imaginer et à nous souvenir d'épisodes de notre vie.
(image : Les représentations abstraites d'individus, d'objets et d'idées sont stockées dans des cellules cérébrales individuelles appelées neurones conceptuels. Les recherches suggèrent qu'ils jouent un rôle essentiel dans la mémoire sont.)
Imaginez que vous à votre premier rendez-vous, que vous sirotez un martini dans un bar. Vous mangez une olive et écoutez patiemment votre partenaire vous parler de son travail dans une banque. Votre cerveau traite cette scène, en partie, en la décomposant en concepts. Bar. Rendez-vous. Martini. Olive. Banque. Au plus profond de votre cerveau, des neurones appelés cellules conceptuelles s'activent.
Vous pouvez-être des cellules conceptuelles qui s'activent pour les martinis mais pas pour les olives. Ou des cellules qui s'activent pour les bars – peut-être même ce bar en particulier, si vous y êtes déjà allé. L'idée d'une " banque " a également son propre ensemble de cellules conceptuelles, peut-être des millions. Et là, dans ce bar faiblement éclairé, vous commencez à former des cellules conceptuelles pour votre rendez-vous, que vous l'aimez ou non. Ces cellules s'activeront lorsque quelque chose vous rappellera lui.
Les neurones conceptuels s'activent pour leur concept, quelle que soit la manière dont il est présenté : dans la vie réelle ou sur une photo, dans un texte ou un discours, à la télévision ou dans un podcast. " C'est plus abstrait, vraiment différent de ce que vous voyez ", a déclaré Elizabeth Buffalo, neuroscientifique à l'Université de Washington.
Pendant des décennies, les neuroscientifiques se sont moqués de l'idée selon laquelle le cerveau pouvait avoir une telle sélectivité, jusqu'au niveau d'un neurone individuel : comment pourrait-il y avoir un ou plusieurs neurones pour chacun des innombrables concepts avec lesquels nous interagissons tout au long de notre vie ? "C'est une inefficacité. Ce n'est pas économique", a déclaré le neurobiologiste Florian Mormann à l'Université de Bonn.
Mais lorsque les chercheurs ont identifié les cellules conceptuelles au début des années 2000, le rire a commencé à s'estomper. Au cours des 20 dernières années, ils ont établi que les cellules conceptuelles non seulement existent, mais sont essentielles à la façon dont le cerveau extrait et stocke l'information. De nouvelles études, dont une récemment publiée dans Nature Communications, ont suggéré qu'elles pourraient être au cœur de la façon dont nous formons et récupérons la mémoire.
Nous savons que le cerveau traite les informations sur le monde extérieur à travers le complexe dynamique des circuits de neurones, a déclaré le mathématicien Valeriy Makarov Slizneva de l'Université Complutense de Madrid, qui a réalisé des calculs théoriques pour prouver l'existence des cellules conceptuelles. Cependant, il est également possible que les cellules individuelles jouent un rôle essentiel dans la reconstruction de la réalité par le cerveau.
" La nature a utilisé, au fil du temps, des concepts simples mais efficaces au lieu d'utiliser à des calculs distribués complexes ", at-il déclaré. " Nous sommes plus simples que nous le pensions. "
Une parodie qui prend vie
Le concept de cellule conceptuelle était une blague pour les neuroscientifiques — jusqu'à ce que ce ne soit plus le cas.
En 1969, le neuroscientifique Jérôme Lettvin a donné une conférence qui est devenue célèbre au Massachusetts Institute of Technology. Sur une ton moqueur, il a raconté à ses étudiants l'histoire d'un neurochirurgien fictif qui avait vu un patient fictif qui avait une relation difficile avec sa mère. Pour l'aider, le neurochirurgien a supprimé une cellule du cerveau de son patient qui codait pour sa mère, effaçant ainsi tout souvenir d'elle. Satisfait de son exploit, il a continué ses recherches en recherchant des " cellules grand-mères ".
" Depuis lors, on ne cesse de parler de cellules de grand-mère ", a déclaré Rodrigo Quian Quiroga, neuroscientifique à l'Institut de recherche Hospital del Mar de Barcelone. En théorie, une cellule de grand-mère est un neurone unique, caché quelque part parmi les 86 milliards de votre cerveau, qui code pour l'une de vos grand-mères. Vous le supprimez et — pouf — tout ce que vous savez sur cette personne disparaît de votre cerveau.
Personne ne prenait cette idée au sérieux. Une cellule pour chaque personne que vous avez rencontrée ? " N'est-ce pas ridicule ? " a déclaré le neuroscientifique Christof Koch de l'Institut Allen pour les sciences du cerveau à Seattle. " Les gens avaient dénigré l'idée dans son ensemble. "
Mais ce n'est pas le cas de tout le monde. Dans les années 1990, un groupe de recherche de l'Université de Californie à Los Angeles, dirigé par le neurochirurgien Itzhak Fried, a développé un nouveau type d'électrode capable d'observer l'activité des neurones individuels, un niveau de résolution sans précédent à l'époque. Scientifique autant que chirurgien, Fried a toujours été curieux de la mémoire et de notre vie mentale. " D'une manière ou d'une autre, le monde extérieur tout entier se transforme en une représentation " dans le cerveau, at-il déclaré. Cette représentation pourrait se refléter dans des concepts vagues et abstraits, dépourvus de détails du monde réel. À quoi cela pourrait-il ressembler ?
Fried et Quiroga ont collaboré avec Koch pour mener leurs recherches. Les chercheurs ont reçu le consentement des patients épileptiques, qui avaient déjà des électrodes portées dans leur cerveau dans le cadre de leur traitement médical, pour enregistrer et analyser leur activité neuronale. Les électrodes ont accès au lobe temporal médian de chaque patient, la partie du cerveau qui comprend l'amygdale, le cortex entorhinal et l'hippocampe, qui est le centre des émotions et de la mémoire.
Ils ont ensuite montré aux patients des images d'objets. En 2000, les chercheurs ont rapporté que les neurones individuels semblaient représenter de larges catégories, telles que des visages, des scènes, des maisons ou des animaux, en tirant sur plusieurs images dans chaque catégorie.
Les résultats révèlent que des cellules de grand-mère pourraient exister, mais seulement si ces cellules réagissaient à plus que les seules images.
Conception cellulaire
Au début des années 2000, Quiroga a mis au point un algorithme d'analyse des données d'électrodes qui lui a permis d'identifier beaucoup plus de neurones qu'auparavant, même des cellules qui s'activaient rarement et étaient donc plus difficiles à détecter. "Je peux voir des neurones que les gens ne voyaient pas avant… parce que j'utilisais des astuces que j'avais apprises en physique et en mathématiques", a-t-il déclaré. " Et puis je me suis dit : " Eh bien, je veux voir ce que font ces neurones. "
Au début, il montrait à des patients épileptiques des images de scientifiques comme Richard Feynman et Albert Einstein pour voir si les neurones réagissaient à des individus particuliers. Lorsque les patients ne parvenaient pas à les identifier, il essayait de leur montrer des photos de lieux et de personnes plus reconnaissables, notamment Jennifer Aniston, star de la série télévisée à succès Friends .
À sa grande joie, il a découvert un neurone qui réagissait à l'actrice. Cela a soulevé une nouvelle question : " Réagit-il à cette photo de Jennifer Aniston ou au concept de " Jennifer Aniston " ? , se souvient-il. Dans une expérience de suivi, il a montré aux patients sept photos différentes d'Aniston et a découvert que le même neurone s'activait pour toutes les photos, mais pas pour les images d'autres acteurs ou objets. Il a ensuite commencé à identifier des neurones pour d'autres lieux et personnages célèbres. Il en a trouvé un qui ne réagissait qu'à Halle Berry, et un autre qui ne s'activait que pour la tour penchée de Pise.
Quiroga a écrit le nom " Oprah Winfrey ". Les mêmes neurones qui s'étaient activés pour sa photo s'étaient également activés pour son nom. Cela signifiait que les neurones ne réagissaient pas aux caractéristiques de l'image, comme la luminosité ou la couleur : ils étaient indépendants du contexte. Ils réagissaient à Oprah en tant que concept.
(image : Les cellules conceptuelles peuvent s'activer pour un concept (ici, Jennifer Aniston) dans une variété de présentations. De gauche à droite : une image ; du texte ; une image avec des concepts associés ; un discours.)
Il savait que son observation d'un neurone activé ne signifiait pas qu'il n'y avait qu'un seul neurone pour chaque concept. Si c'était vrai, "la chance de le trouver serait proche de zéro", at-il déclaré. " J'avais l'habitude de plaisanter en disant que, si c'était le cas, je devrais arrêter la science et commencer à jouer parce que je serais la personne la plus chanceuse du monde. " Il pensait que le cerveau devait avoir de nombreux neurones pour chaque concept, mais il ne savait pas combien.
En 2005, l'équipe a publié ses résultats dans Nature, et ces cellules sont devenues familialement connues sous le nom de " cellules de Jennifer Aniston ". Au début, en raison des connotations négatives de longue date autour des cellules de grand-mère, " il était très difficile de faire accepter aux gens la possibilité de telles cellules ", a déclaré Koch. Dans un article connexe , le neuroscientifique Charles Connor a écrit : " Personne ne veut être accusée de croire aux cellules de grand-mère. Mais… "
S'agissait-il de cellules de grand-mère ? "Je suis très contre cette idée", a déclaré Quiroga. Bien sûr, ces cellules étaient très sélectives, ne s'activant que pour Aniston ou parfois aussi pour des personnes proches qui pourraient l'évoquer, comme d'autres membres de la distribution de Friends . Cependant, le concept parodique de cellule de grand-mère supposait un rapport concept/cellule de un pour un, ce qui n'était pas le cas de ces cellules.
Un an après la publication de leurs données, l'équipe a fait quelques calculs. En se basant sur une estimation des psychologues selon laquelle le cerveau peut distinguer environ 20 000 concepts sémantiques, ils ont calculé que des millions de cellules coderaient pour chaque concept, et que chaque cellule de concept pourrait coder pour des dizaines de concepts différents, bien que souvent liés.
Par exemple, les cellules qui s'activent pour Harry Potter pourraient également s'activer pour ses camarades de l'école de magie Ron Weasley ou Hermione Granger. Peut-être même s'activeraient-elles pour Gandalf, le sorcier du Seigneur des anneaux . " Même métier, histoire différente ", a déclaré Mormann. " Parfois, vous avez une syntonisation étroite pour une seule personne et personne d'autre, et parfois vous avez une syntonisation plus large, peut-être pour une catégorie comme les " sorciers ". La même cellule conceptuelle pourrait également s'activer pour " baguette " ou " vieillards en robe avec barbe ", at-il ajouté.
Les cellules conceptuelles peuvent coder n'importe quoi, mais elles ne sont pas utilisées pour la reconnaissance d'objets. d'environ 300 millisecondes. " On ne sait pas pourquoi cela prend autant de temps ", explique Ueli Rutishauser , neuroscientifique au Centre médical Cedars-Sinai de Los Angeles. Ces cellules semblent plutôt s'engager dans un processus plus interne, formant une représentation abstraite informée par des expériences passées et la mémoire de Chacun à un ensemble différent de concepts et de cellules qui les codent . Au lieu de cela, les cellules conceptuelles se développent pour les personnes ou les objets qui nous tiennent à cœur ou avec lesquels nous avons une certaine histoire. " La représentation dépend de l'expérience passée de cet organisme et des choses qui ont été associées auparavant ", a déclaré Buffalo. Par exemple, votre cerveau pourrait former une association entre votre rendez-vous et le bar où vous l'avez rencontré, de sorte que vos cellules conceptuelles pour l'homme pourraient également s'activer pour le bar. Cependant, cela n'est vrai que si le bar est étroitement lié à la personne, a déclaré Mormann : si c'est un endroit où vous allez tout le temps, il est peu probable que le même neurone s'active pour les deux. Pendant des années après la publication de ses travaux, Quiroga, qui n'aimait pas être surnommé " le neurone de Jennifer Aniston ", a essayé de faire adhérer au terme " cellules conceptuelles ". Il n'a pas réussi à s'imposer jusqu'en 2012, lorsqu'il a publié un article dans Nature Intitulé " Cellules conceptuelles : les éléments constitutifs des fonctions de mémoire déclarative ".
L'article présente son hypothèse selon laquelle le cerveau utilise des cellules conceptuelles pour convertir les informations du monde en mémoire. Ce processus requiert de l'abstraction : extraire des informations pertinentes de l'expérience, les supprimer des détails inutiles et les stocker. Il a proposé que les cellules conceptuelles, en tant que représentations abstraites d'idées telles que des personnes ou des objets spécifiques, puissent se lier entre elles pour anciennes de nouvelles associations (comme des mots dans une phrase) et servir de blocs de construction pour les souvenirs (comme une histoire composée de phrases).
"C'est le squelette de la façon dont nous stockons les souvenirs", a déclaré Quiroga.
Construire une mémoire
Pour de nombreux scientifiques, l'idée selon laquelle les cellules conceptuelles s'associent et s'entremêlent pour former des souvenirs de manière intuitive est logique. Les souvenirs étant si importants pour notre survie, c'est " la meilleure explication de la raison pour laquelle notre cerveau peut se permettre le luxe d'avoir une spécialisation aussi poussée dans des concepts sémantiques indépendants ", a déclaré Sina Mackay, une étudiante diplômée de l'Université de Bonn qui travaille avec Mormann.
En effet, dans une étude récente publiée dans Nature Communications , leur équipe a découvert les indices expérimentaux les plus solides à ce jour selon lesquels les cellules conceptuelles peuvent relier des objets spécifiques à des emplacements. Dans notre mémoire à long terme. Depuis des décennies, les chercheurs étudient les cellules qui stockent les informations de localisation dans notre cerveau. L'étude a révélé que les schémas d'activation des cellules conceptuelles et des cellules de localisation étaient corrélés avec la capacité des patients à se souvenir de l'emplacement d'un objet. Les cellules conceptuelles sont le " quoi " de nos souvenirs, tandis que les cellules de localisation sont le " où ", ont écrit les auteurs.
Les cellules conceptuelles sont également liées à la mémoire de travail, qui est activée temporairement lorsque vous effectuez vos cours ou que vous vous souvenez d'un numéro de téléphone. Ce type de mémoire est " de faible capacité et très exigeant ", explique Rutishauser. " Si vous êtes légèrement distrait, elle disparaît. " En 2017, son équipe a découvert que les cellules conceptuelles restent actives pendant plusieurs secondes lorsque vous essayez de retenir des éléments dans la mémoire de travail. Et dans une étude publiée dans Neuron fin 2024, son équipe a découvert que les souvenirs de travail sont plus susceptibles de migrer vers la mémoire à long terme lorsque les cellules conceptuelles des patients sont actives.
La mémoire de travail s'active également lorsque vous imaginez un scénario ou racontez une histoire. " Shrek et Jennifer Aniston entrent dans un bar. … Peut-être que Shrek commande une bière ", suggère Pieter Roelfsema , qui étudie la vision, la perception et la mémoire à l'Institut néerlandais des neurosciences. En lisant cette phrase, les concepts d'Aniston, de Shrek et d'un bar se joignent, un par un. Il est probable que les cellules conceptuelles jouent un rôle dans cette imagination. " Vous construisez quelque chose dans votre mémoire de travail qui devient progressivement plus riche et peut-être plus réaliste ", at-il déclaré, " et ensuite l'histoire se dévoile. "
Le groupe de Roelfsema a récemment découvert que les cellules conceptuelles réagissent aux pronoms . Dans l'étude, le pronom " il ", qui remplace " Shrek ", a activé les mêmes cellules conceptuelles que " Shrek ". " Le [pronom] conserve alors l'attention sur le concept " Shrek ", qui sera le sujet de la phrase suivante ", a déclaré Roelfsema. " Je pense que c'est tout simplement magnifique de pouvoir mesurer cela. "
Cellules de l'armée suisse
Les chercheurs débattent de la manière dont les neurones conceptuels s'intègrent aux autres modèles de représentation du monde extérieur par le cerveau. " C'est une découverte fantastique ", a déclaré György Buzsák, un neuroscientifique de l'Université de New York qui étudie l'hippocampe depuis des décennies. Cependant, la représentation des concepts se produit à différentes échelles dans le cerveau – au niveau d'un seul neurone et également au niveau des populations cellulaires, at-il déclaré. " Qu'est-ce qui est le plus important ? ", a-t-il demandé.
L'un des obstacles à la recherche d'une réponse est que les cellules conceptuelles sont difficiles à localiser. Actuellement, elles ne peuvent être étudiées qu'en milieu clinique, où les patients subissent une intervention chirurgicale pour se faire implanter des électrodes pour des raisons médicales. Cela limite les personnes qui peuvent étudier ces cellules et les modalités de leur étude.
De plus, il n'est pas facile de les définir, a déclaré Cory Miller, neuroscientifique à l'Université de Californie à San Diego. Une partie du problème réside dans la définition vague du " concept " lui-même : personne ne peut dire si nous avons des cellules conceptuelles pour des expériences telles que les émotions, par exemple.
Une possibilité intéressante est que les différentes cellules de l'hippocampe puissent être réorganisées pour accomplir différentes tâches dans différents contextes. "Lorsque vous commencez à examiner l'histoire et la situation globale, vous commencez à vous gratter la tête", a déclaré Buzsáki. " Il y a des cellules temporelles, des cellules spatiales, des cellules de frontière, des cellules de vecteur de frontière, des cellules de concept. … Puis, à un moment donné, vous vous dites : " Oh, ce n'est pas possible, il y a un nombre limité de neurones dans l'hippocampe. "
Il est possible que ces neurones puissent jouer des rôles différents et adopter différentes identités en fonction de la tâche à accomplir, a déclaré Buffalo. Lorsqu'il s'agit d'une cellule conceptuelle pour Jennifer Aniston, c'est ce qu'elle est. Lorsqu'il s'agit d'une cellule de lieu pour vous aider à vous diriger vers le martini au bar, il s'agit d'une cellule de lieu " Cette cellule est comme un couteau suisse ", a suggéré Miller.
Les quelques groupes ayant accès aux patients et à la technologie permettant d'enregistrer l'activité de neurones individuels poursuivent avec enthousiasme leurs expériences. Mormann veut comprendre à quel point les cellules conceptuelles peuvent être abstraites : dans ses données préliminaires, il a trouvé des cellules conceptuelles qui réagissent à des concepts larges et amorphes, comme le gouvernement et les impôts, mais davantage à des concepts concrets, comme Jennifer Aniston, quant à lui, j'espère prouver que les cellules conceptuelles sont spécifiques aux humains – une idée très débattue qui pourrait avoir de. implications profondes. Si aucun autre animal ne peut représenter des concepts dans le cerveau, at-il déclaré, " je dirais que c'est la base de notre intelligence ".
Maintenant que vous avez lu cet article, il est possible que vous ayez formé des cellules conceptuelles qui codent pour des cellules conceptuelles – un concept que nous sommes en quelque sorte capable de comprendre dans notre cerveau.