Il y a quelque chose de fascinant dans la façon dont bouge une colonie d'oiseaux dans le ciel ou un banc de poissons dans l'océan, dit Cillian. Il existe une telle harmonie, un tel synchronisme lorsqu'ils se déplacent au gré des vents et des courants que l'on dirait que tous, ils ne font qu'un. J'ai lu un jour que le plus fascinant dans tout ça, c'est qu'il n'y a pas besoin pour l'individu d'avoir une vue d'ensemble du tout pour savoir comment réagir, échapper à tel prédateur ou attraper tel courant porteur. Il suffit à l'individu de n'être conscient que des mouvements de ses proches voisins pour coordonner les siens propres. C'est ainsi que naît le parfait accord dans le déplacement et qu'apparaissent ces soudains changements de direction, ces ruptures instantanées de cap, comme si tous ils étaient aiguillés par le même esprit. Imagines-tu ce que l'Homme serait capable de faire s'il s'efforçait de prêter attention à ses prochains et de se comporter en harmonie avec eux ? Imagines-tu les grandes choses dont serait capable l'humanité ? Au lieu de ça, chaque individu, chaque nation, recherche son propre intérêt sans se soucier de ceux et celles qui les entourent. C'est pour ça que tous ils se heurtent et se cognent, s'assomment en plein vol, perdent des plumes et finissent tous un jour par tomber en chute libre, et par s'écraser au sol.

L'intelligence a évolué au moins deux fois chez les animaux vertébrés

Les circuits neuronaux complexes sont probablement apparus indépendamment chez les oiseaux et les mammifères, ce qui suggère que les vertébrés ont développé leur intelligence à plusieurs reprises.

Les humains ont tendance à mettre leur propre intelligence sur un piédestal. Notre cerveau peut faire des mathématiques, utiliser la logique, explorer des abstractions et penser de manière critique. Mais nous ne pouvons pas revendiquer le monopole de la pensée. Parmi les nombreuses espèces non humaines connues pour leur intelligence, les oiseaux ont démontré à maintes reprises des capacités cognitives avancées. Les corbeaux planifient pour l'avenir, les corbeaux comptent et utilisent des outils , les cacatoès s'ouvrent et pillent des poubelles piégées et des mésanges gardent la trace de dizaines de milliers de graines disséminées dans un paysage. Il est remarquable que les oiseaux accomplissent de telles prouesses avec des cerveaux complètement différents des nôtres : ils sont plus petits et dépourvus des structures hautement organisées que les scientifiques associent à l'intelligence des mammifères.

" Un oiseau avec un cerveau de 10 grammes fait à peu près la même chose qu'un chimpanzé avec un cerveau de 400 grammes ", a déclaré Onur Güntürkün, qui étudie les structures cérébrales à l'Université de la Ruhr à Bochum, en Allemagne. " Comment est-ce possible ? "

Les chercheurs débattent depuis longtemps du lien entre l'intelligence des oiseaux et celle des mammifères. Une hypothèse est que l'intelligence des vertébrés – animaux dotés d'une colonne vertébrale, dont les mammifères et les oiseaux – ait évolué une fois. Dans ce cas, les deux groupes auraient hérité des voies neuronales complexes qui sous-tendent la cognition d'un ancêtre commun : une créature ressemblant à un lézard qui vivait il y a 320 millions d'années, lorsque les continents terrestres étaient comprimés en une seule masse continentale. L'autre hypothèse est que les types de circuits neuronaux qui sous-tendent l'intelligence des vertébrés aient évolué indépendamment chez les oiseaux et les mammifères.

Il est difficile de retracer le chemin emprunté par l'évolution, étant donné que toute trace du cerveau de l'ancêtre a disparu en un éclair géologique. Les biologistes ont donc adopté d'autres approches, comme la comparaison des structures cérébrales des animaux adultes et en développement d'aujourd'hui, pour comprendre comment cette complexité neurobiologique a pu émerger.

Une série d'études publiées dans Science en février 2025 fournit la meilleure preuve à ce jour que les oiseaux et les mammifères n'ont pas hérité d'un ancêtre commun les voies neuronales génératrices de l'intelligence, mais les ont développées indépendamment. Cela suggère que l'intelligence des vertébrés est apparue non pas une fois, mais plusieurs fois. Pourtant, leur complexité neuronale n'a pas évolué dans des directions radicalement différentes : les cerveaux des oiseaux et des mammifères présentent des circuits étonnamment similaires, selon les études.

" C'est une étape importante dans la quête de compréhension et d'intégration des différentes idées sur l'évolution " de l'intelligence des vertébrés, a déclaré Güntürkün, qui n'a pas participé à la nouvelle recherche.

Ces découvertes, qui émergent dans un monde fasciné par les formes d'intelligence artificielle, pourraient nous éclairer sur l'évolution des circuits complexes de notre cerveau. Plus important encore, elles pourraient nous aider à nous éloigner de l'idée que nous sommes les meilleures créatures du monde, a déclaré Niklas Kempynck, un étudiant diplômé de la KU Leuven qui a dirigé l'une des études. " Nous ne sommes pas la solution optimale pour l'intelligence. "

Les oiseaux y sont également arrivés par leurs propres moyens.

Trouble du picage

Pendant la première moitié du XXe siècle, les neuroanatomistes pensaient que les oiseaux n'étaient tout simplement pas si intelligents. Ces créatures sont dépourvues de tout élément ressemblant à un néocortex – la structure externe hautement ordonnée du cerveau des humains et des autres mammifères, où résident le langage, la communication et le raisonnement. Le néocortex est organisé en six couches de neurones, qui reçoivent les informations sensorielles d'autres parties du cerveau, les traitent et les transmettent aux régions qui déterminent notre comportement et nos réactions.

" Pendant longtemps, on a pensé que c'était le centre de la cognition, et que ce type d'anatomie était nécessaire pour développer des capacités cognitives avancées ", a déclaré Bastienne Zaremba , chercheur postdoctoral étudiant l'évolution du cerveau à l'Université de Heidelberg.

Au lieu de couches bien nettes, les oiseaux ont " des boules de neurones non spécifiées sans repères ni distinctions ", a déclaré Fernando García-Moreno, neurobiologiste au Centre basque de neurosciences Achucarro, en Espagne. Ces structures ont poussé les neuroanatomistes, il y a un siècle, à suggérer qu'une grande partie du comportement des oiseaux est réflexive et non motivée par l'apprentissage et la prise de décision. Cela " implique que ce qu'un mammifère peut apprendre facilement, un oiseau ne l'apprendra jamais ", a déclaré Güntürkün.

La pensée conventionnelle a commencé à évoluer dans les années 1960, lorsque Harvey Karten, un jeune neuroanatomiste du Massachusetts Institute of Technology, a cartographié et comparé les circuits cérébraux des mammifères et des pigeons, puis de hiboux, de poulets et d'autres oiseaux. Sa découverte a été une surprise : les régions cérébrales que l'on pensait impliquées uniquement dans les mouvements réflexes étaient constituées de circuits neuronaux – des réseaux de neurones interconnectés – qui ressemblaient à ceux du néocortex des mammifères. Cette région du cerveau des oiseaux, la crête ventriculaire dorsale (DVR), semblait comparable à un néocortex ; elle n'en avait simplement pas l'apparence.

En 1969, Karten a écrit un " article très influent qui a complètement changé le débat dans le domaine ", a déclaré Maria Tosches, qui étudie le développement du cerveau des vertébrés à l'Université Columbia. " Ses travaux étaient véritablement révolutionnaires. " Il a conclu que, les circuits aviaires et mammifères étant similaires, ils étaient hérités d'un ancêtre commun. Cette pensée a dominé le domaine pendant des décennies, a déclaré Güntürkün, ancien postdoctorant au laboratoire de Karten. Elle a " suscité un vif intérêt pour le cerveau des oiseaux ". 

Quelques décennies plus tard, Luis Puelles, anatomiste à l'Université de Murcie en Espagne, est arrivé à la conclusion inverse de celle de Karten. En comparant des embryons à différents stades de développement, il a découvert que le néocortex des mammifères et le DVR aviaire se développaient à partir de zones distinctes du pallium de l'embryon – une région cérébrale commune à tous les vertébrés. Il en a conclu que ces structures avaient dû évoluer indépendamment.

Karten et Puelles " apportaient des réponses radicalement différentes à cette grande question ", a déclaré Tosches. Le débat a duré des décennies. À cette époque, les biologistes ont également commencé à s'intéresser à l'intelligence des oiseaux, en commençant par leurs études sur Alex, un perroquet gris d'Afrique capable de compter et d'identifier des objets. Ils ont alors réalisé à quel point les oiseaux pouvaient être intelligents.

Cependant, selon García-Moreno, aucun des deux groupes ne semblait vouloir résoudre la divergence entre leurs deux théories sur l'évolution des palliums des vertébrés. "Non, ils ont continué à travailler sur leur propre méthode ", a-t-il déclaré. Un camp a continué à comparer les circuits du cerveau des vertébrés adultes ; l'autre s'est concentré sur le développement embryonnaire.

Dans les nouvelles études, a-t-il déclaré, " nous avons essayé de tout rassembler ".

Pareil mais pas pareil

Deux nouvelles études, menées par des équipes de chercheurs indépendantes, se sont appuyées sur le même outil puissant d'identification des types cellulaires : le séquençage d'ARN unicellulaire. Cette technique permet aux chercheurs de comparer les circuits neuronaux, comme l'a fait Karten, non seulement dans le cerveau adulte, mais tout au long du développement embryonnaire, en suivant Puelles. Ils ont ainsi pu identifier le point de départ de la croissance des cellules dans l'embryon et leur évolution finale chez l'animal adulte : un processus développemental révélateur de voies évolutives.

Pour leur étude, García-Moreno et son équipe souhaitaient observer le développement des circuits cérébraux. Grâce au séquençage de l'ARN et à d'autres techniques, ils ont suivi des cellules dans les palliums de poulets, de souris et de geckos à différents stades embryonnaires afin d'horodater la génération et le stade de maturation des différents types de neurones.

Ils ont découvert que les circuits matures se ressemblaient remarquablement chez tous les animaux, comme l'avaient noté Karten et d'autres, mais ils étaient construits différemment, comme l'avait découvert Puelles. Les circuits qui composaient le néocortex des mammifères et le DVR aviaire se sont développés à des moments différents, dans des ordres différents et dans des régions différentes du cerveau.

(Image : 2 schémas comparés explicatif ) 

Parallèlement, García-Moreno collaborait avec Zaremba et ses collègues de l'Université de Heidelberg. Grâce au séquençage de l'ARN, ils ont créé " l'atlas le plus complet du pallium* aviaire dont nous disposons ", a déclaré Tosches, auteur d' un article de perspective connexe publié dans Science. En comparant le pallium des oiseaux à ceux des lézards et des souris, ils ont également découvert que le néocortex et le DVR étaient dotés de circuits similaires — cependant, les neurones qui composaient ces circuits neuronaux étaient distincts.

" La manière dont nous avons obtenu des circuits similaires était plus flexible que je ne l'aurais imaginé ", a déclaré Zaremba. " On peut construire les mêmes circuits à partir de différents types de cellules. "

Zaremba et son équipe ont également découvert que, dans le pallium des oiseaux, des neurones qui débutent leur développement dans différentes régions peuvent se développer en neurones du même type à l'âge adulte. Cela contredit les théories précédentes, selon lesquelles des régions distinctes de l'embryon doivent générer différents types de neurones.

Chez les mammifères, le développement cérébral suit un cheminement intuitif : les cellules de l’amygdale embryonnaire, au début du développement, se retrouvent dans l’amygdale adulte. Les cellules du cortex embryonnaire se retrouvent dans le cortex adulte. Mais chez les oiseaux, " on observe une réorganisation extraordinaire du cerveau antérieur ", explique Güntürkün, " qui est totalement inattendue ".

Prises ensemble, ces études apportent la preuve la plus claire à ce jour que les oiseaux et les mammifères ont développé indépendamment des régions cérébrales responsables de la cognition complexe. Elles font également écho à des recherches antérieures du laboratoire de Tosches , qui ont montré que le néocortex des mammifères avait évolué indépendamment du DVR des reptiles.

Il semble néanmoins probable qu'il y ait eu une certaine hérédité à partir d'un ancêtre commun. Dans une troisième étude utilisant l'apprentissage profond, Kempynck et son coauteur Nikolai Hecker ont découvert que les souris, les poulets et les humains partagent certains segments d'ADN qui influencent le développement du néocortex ou du DVR, suggérant que des outils génétiques similaires sont à l'œuvre chez les deux types d'animaux. Comme l'avaient suggéré des études précédentes, les groupes de recherche ont découvert que les neurones inhibiteurs, ou ceux qui inhibent et modulent les signaux neuronaux, étaient conservés chez les oiseaux et les mammifères.

Les résultats n'ont cependant pas complètement résolu le débat entre Karten et Puelles. Quelles idées étaient les plus proches de la vérité ? Tosches a affirmé que Puelles avait raison, tandis que Güntürkün estimait que les résultats reflétaient mieux les idées de Karten, même s'ils plairaient en partie à Puelles. García-Moreno a partagé la question : " Tous deux avaient raison ; aucun n'avait tort ", a-t-il déclaré.

Comment développer l'intelligence

L'intelligence n'est pas accompagnée d'un mode d'emploi. Elle est difficile à définir, il n'existe pas de méthode idéale pour y parvenir et sa conception n'est pas optimale, a déclaré Tosches. Des innovations peuvent survenir tout au long de la biologie d'un animal, qu'il s'agisse de nouveaux gènes et de leur régulation, ou de nouveaux types de neurones, circuits et régions cérébrales. Mais des innovations similaires peuvent évoluer plusieurs fois indépendamment – ​​un phénomène appelé évolution convergente – et ce phénomène est observé tout au long de la vie.

" L’une des raisons pour lesquelles j’aime ces articles, c’est qu’ils mettent vraiment en évidence de nombreuses différences ", a déclaré Bradley Colquitt, neuroscientifique moléculaire à l'Université de Californie à Santa Cruz. " Cela permet de se demander : quelles sont les différentes solutions neuronales que ces organismes ont imaginées pour résoudre des problèmes similaires, comme vivre dans un monde complexe et s'adapter à un environnement terrestre en rapide évolution ? "

Les pieuvres et les calmars, indépendamment des mammifères et de leur propre intelligence corporelle, ont développé des yeux semblables à des caméras. Les oiseaux, les chauves-souris et les insectes ont tous pris leur envol par leurs propres moyens. Les peuples anciens d'Égypte et d'Amérique du Sud ont construit indépendamment des pyramides – la forme structurelle la plus efficace et qui résistera à l'épreuve du temps, a déclaré García-Moreno : " Si on construit une tour, elle s'effondrera. Si on construit un mur, ça ne marchera pas. "

De même, " il existe un degré de liberté limité permettant de générer un cerveau intelligent, du moins chez les vertébrés ", a déclaré Tosches. En revanche, si l'on s'éloigne du monde des vertébrés, on peut générer un cerveau intelligent de manières bien plus étranges, du moins de notre point de vue. " C'est le Far West ", a-t-elle déclaré. Les pieuvres, par exemple, " ont développé leur intelligence de manière totalement indépendante ". Leurs structures cognitives ne ressemblent en rien aux nôtres, si ce n'est qu'elles sont constituées du même type cellulaire : le neurone. Pourtant, on a pu observer des pieuvres accomplir des prouesses incroyables, comme s'échapper d'aquariums, résoudre des énigmes, dévisser des couvercles de bocaux et porter des coquillages comme boucliers.

Il serait passionnant de comprendre comment les pieuvres ont développé leur intelligence grâce à des structures neuronales très divergentes, a déclaré Colquitt. Ainsi, il pourrait être possible d'identifier les contraintes absolues pesant sur l'évolution de l'intelligence chez toutes les espèces animales, et pas seulement chez les vertébrés.

De telles découvertes pourraient à terme révéler des caractéristiques communes à diverses intelligences, a déclaré Zaremba. Quels sont les éléments constitutifs d'un cerveau capable de penser de manière critique, d'utiliser des outils ou de former des idées abstraites ? Cette compréhension pourrait contribuer à la recherche d'une intelligence extraterrestre et à l'amélioration de notre intelligence artificielle. Par exemple, notre façon actuelle d'envisager l'utilisation des connaissances issues de l'évolution pour améliorer l'IA est très anthropocentrique. " Je serais vraiment curieux de voir si nous pouvons construire une intelligence artificielle similaire à celle des oiseaux ", a déclaré Kempynck." Comment pense un oiseau ? Pouvons-nous l'imiter ? "





 

Le comportement de cet animal est programmé mécaniquement.

Des interactions biomécaniques, plutôt que des neurones, contrôlent les mouvements de l'un des animaux les plus simples. Cette découverte offre un aperçu de la façon dont le comportement animal fonctionnait avant l'apparition des neurones.

L'animal extrêmement simple Trichoplax adhaerens se déplace et réagit à son environnement avec agilité et avec un but apparent, mais il n'a pas de neurones ou de muscles pour coordonner ses mouvements. De nouveaux travaux montrent que les interactions biomécaniques entre les cils de l'animal suffisent à en expliquer ses mouvements.

Le biophysicien Manu Prakash se souvient très bien du moment où, tard dans la nuit, dans le laboratoire d'un collègue, il y a une douzaine d'années, il a regardé dans un microscope et a rencontré sa nouvelle obsession. L'animal sous les lentilles n'était pas très beau à voir, ressemblant plus à une amibe qu'à autre chose : une tache multicellulaire aplatie, de 20 microns d'épaisseur et de quelques millimètres de diamètre, sans tête ni queue. Elle se déplaçait grâce à des milliers de cils qui recouvraient sa face inférieure pour former la "plaque velue collante" qui lui a inspiré son nom latin, Trichoplax adhaerens.

Cette étrange créature marine, classée dans la catégorie des placozoaires, dispose pratiquement d'une branche entière de l'arbre de l'évolution de la vie pour elle-même, ainsi que du plus petit génome connu du règne animal. Mais ce qui a le plus intrigué Prakash, c'est la grâce, l'agilité et l'efficacité bien orchestrées avec lesquelles les milliers ou les millions de cellules du Trichoplax se déplacent.

Après tout, une telle coordination nécessite habituellement des neurones et des muscles - et le Trichoplax n'en a pas.

Prakash s'est ensuite associé à Matthew Storm Bull, alors étudiant diplômé de l'université de Stanford, pour faire de cet étrange organisme la vedette d'un projet ambitieux visant à comprendre comment les systèmes neuromusculaires ont pu évoluer et comment les premières créatures multicellulaires ont réussi à se déplacer, à trouver de la nourriture et à se reproduire avant l'existence des neurones.

"J'appelle souvent ce projet, en plaisantant, la neuroscience sans les neurones", a déclaré M. Prakash.

Dans un trio de prétirés totalisant plus de 100 pages - publiés simultanément sur le serveur arxiv.org l'année dernière - lui et Bull ont montré que le comportement de Trichoplax pouvait être décrit entièrement dans le langage de la physique et des systèmes dynamiques. Les interactions mécaniques qui commencent au niveau d'un seul cilium, puis se multiplient sur des millions de cellules et s'étendent à des niveaux supérieurs de structure, expliquent entièrement la locomotion coordonnée de l'animal tout entier. L'organisme ne "choisit" pas ce qu'il doit faire. Au contraire, la horde de cils individuels se déplace simplement - et l'animal dans son ensemble se comporte comme s'il était dirigé par un système nerveux. Les chercheurs ont même montré que la dynamique des cils présente des propriétés qui sont généralement considérées comme des signes distinctifs des neurones.

Ces travaux démontrent non seulement comment de simples interactions mécaniques peuvent générer une incroyable complexité, mais ils racontent également une histoire fascinante sur ce qui aurait pu précéder l'évolution du système nerveux.

"C'est un tour de force de la biophysique", a déclaré Orit Peleg, de l'université du Colorado à Boulder, qui n'a pas participé aux études. Ces découvertes ont déjà commencé à inspirer la conception de machines mécaniques et de robots, et peut-être même une nouvelle façon de penser au rôle des systèmes nerveux dans le comportement animal. 

La frontière entre le simple et le complexe

Les cerveaux sont surestimés. "Un cerveau est quelque chose qui ne fonctionne que dans le contexte très spécifique de son corps", a déclaré Bull. Dans les domaines connus sous le nom de "robotique douce" et de "matière active", la recherche a démontré que la bonne dynamique mécanique peut suffire à accomplir des tâches complexes sans contrôle centralisé. En fait, les cellules seules sont capables de comportements remarquables, et elles peuvent s'assembler en systèmes collectifs (comme les moisissures ou les xénobots) qui peuvent accomplir encore plus, le tout sans l'aide de neurones ou de muscles.

Mais est-ce possible à l'échelle d'un animal multicellulaire entier ?

Le Trichoplax fut un cas d'étude parfait : assez simple pour être étudié dans les moindres détails, mais aussi assez compliqué pour offrir quelque chose de nouveau aux chercheurs. En l'observant, "vous regardez simplement une danse", a déclaré Prakash. "Elle est d'une incroyable complexité". Elle tourne et se déplace sur des surfaces. Elle s'accroche à des plaques d'algues pour les piéger et les consommer comme nourriture. Elle se reproduit asexuellement en se divisant en deux.

"Un organisme comme celui-ci se situe dans un régime intermédiaire entre quelque chose de réellement complexe, comme un vertébré, et quelque chose qui commence à devenir complexe, comme les eucaryotes unicellulaires", explique Kirsty Wan, chercheur à l'université d'Exeter en Angleterre, qui étudie la locomotion ciliaire.

Ce terrain intermédiaire entre les cellules uniques et les animaux dotés de muscles et de systèmes nerveux semblait être l'endroit idéal pour que Prakash et Bull posent leurs questions. "Pour moi, un organisme est une idée", a déclaré Prakash, un terrain de jeu pour tester des hypothèses et un berceau de connaissances potentielles.

Prakash a d'abord construit de nouveaux microscopes permettant d'examiner le Trichoplax par en dessous et sur le côté, et a trouvé comment suivre le mouvement à grande vitesse de ses cils. (Ce n'était pas un terrain entièrement nouveau pour lui, puisqu'il était déjà célèbre pour ses travaux sur le Foldscope, un microscope facile à assembler et dont la fabrication coûte moins d'un dollar). Il pouvait alors voir et suivre des millions de cils individuels, chacun apparaissant comme une minuscule étincelle dans le champ de vision du microscope pendant une fraction de seconde à la fois. "Vous ne voyez que les empreintes lorsqu'elles se posent sur la surface", a déclaré Prakash.

Lui-même - et plus tard Bull, qui a rejoint son laboratoire il y a six ans - ont passé des heures à observer l'orientation de ces petites empreintes. Pour que ces motifs complexes soient possibles, les scientifiques savaient que les cils devaient être engagés dans une sorte de communication à longue distance. Mais ils ne savaient pas comment.

Ils ont donc commencé à rassembler les pièces du puzzle, jusqu'à ce que, l'année dernière, ils décident enfin qu'ils avaient leur histoire.

Une marche en pilote automatique

Au départ, Prakash et Bull s'attendaient à ce que les cils glissent sur des surfaces, avec une fine couche de liquide séparant l'animal du substrat. Après tout, les cils sont généralement vus dans le contexte des fluides : ils propulsent des bactéries ou d'autres organismes dans l'eau, ou déplacent le mucus ou les fluides cérébrospinaux dans un corps. Mais lorsque les chercheurs ont regardé dans leurs microscopes, ils ont constaté que les cils semblaient marcher, et non nager.

Bien que l'on sache que certains organismes unicellulaires utilisent les cils pour ramper, ce type de coordination n'avait jamais été observé à cette échelle. "Plutôt qu'utiliser les cils pour propulser un fluide, il s'agit de mécanique, de friction, d'adhésion et de toutes sortes de mécanismes solides très intéressants", a-t-elle déclaré.

Prakash, Bull et Laurel Kroo, une étudiante diplômée en génie mécanique de Stanford, ont donc entrepris de caractériser la démarche des cils. Ils ont suivi la trajectoire de l'extrémité de chaque cilium au fil du temps, l'observant tracer des cercles et pousser contre des surfaces. Ils ont défini trois types d'interactions : le glissement, au cours duquel les cils effleurent à peine la surface ; la marche, lorsque les cils adhèrent brièvement à la surface avant de se détacher ; et le calage, lorsque les cils restent coincés contre la surface.

Dans leurs modèles, l'activité de marche émergeait naturellement de l'interaction entre les forces motrices internes des cils et l'énergie de leur adhésion à la surface. Le bon équilibre entre ces deux paramètres (calculé à partir de mesures expérimentales de l'orientation, de la hauteur et de la fréquence des battements des cils) permettant une locomotion régulière, chaque cilium se collant puis se soulevant, comme une jambe. Un mauvais équilibre produisant les phases de glissement ou de décrochage.

Nous pensons généralement, lorsque quelque chose se passe comme ça, qu'il y a un signal interne semblable à une horloge qui dit : "OK, allez-y, arrêtez-vous, allez-y, arrêtez-vous", a déclaré Simon Sponberg, biophysicien à l'Institut de technologie de Géorgie. "Ce n'est pas ce qui se passe ici. Les cils ne sont pas rythmés. Il n'y a pas une chose centrale qui dit 'Go, go, go' ou autre. Ce sont les interactions mécaniques qui mettent en place quelque chose qui va, qui va, qui va."

De plus, la marche pourrait être modélisée comme un système excitable, c'est-à-dire un système dans lequel, sous certaines conditions, les signaux se propagent et s'amplifient au lieu de s'atténuer progressivement et de s'arrêter. Un neurone est un exemple classique de système excitable : De petites perturbations de tension peuvent provoquer une décharge soudaine et, au-delà d'un certain seuil, le nouvel état stimulé se propage au reste du système. Le même phénomène semble se produire ici avec les cils. Dans les expériences et les simulations, de petites perturbations de hauteur, plutôt que de tension, entraînent des changements relativement importants dans l'activité des cils voisins : Ils peuvent soudainement changer d'orientation, et même passer d'un état de stase à un état de marche. "C'est incroyablement non linéaire", a déclaré Prakash.

En fait, les modèles de cils de Prakash, Bull et Kroo se sont avérés très bien adaptés aux modèles établis pour les potentiels d'action au sein des neurones. "Ce type de phénomène unique se prête à une analogie très intéressante avec ce que l'on observe dans la dynamique non linéaire des neurones individuels", a déclaré Bull. Sponberg est d'accord. "C'est en fait très similaire. Il y a une accumulation de l'énergie, et puis pop, et puis pop, et puis pop".

Les cils s'assemblent comme des oiseaux

Forts de cette description mathématique, Prakash et Bull ont examiné comment chaque cilium pousse et tire sur ses voisins lors de son interaction avec la surface, et comment toute ces activités indépendantes peuvent se transformer en quelque chose de synchronisé et cohérent.

Ils ont mesuré comment la démarche mécanique de chaque cilium entraînait de petites fluctuations locales de la hauteur du tissu. Ils ont ensuite écrit des équations pour expliquer comment ces fluctuations pouvaient influencer le comportement des cellules voisines, alors même que les cils de ces cellules effectuaient leurs propres mouvements, comme un réseau de ressorts reliant de minuscules moteurs oscillants.

Lorsque les chercheurs ont modélisé "cette danse entre élasticité et activité", ils ont constaté que les interactions mécaniques - de cils poussant contre un substrat et de cellules se tirant les unes les autres - transmettaient rapidement des informations à travers l'organisme. La stimulation d'une région entraînait des vagues d'orientation synchronisée des cils qui se déplaçaient dans le tissu. "Cette élasticité et cette tension dans la physique d'un cilium qui marche, maintenant multipliées par des millions d'entre eux dans une feuille, donnent en fait lieu à un comportement mobile cohérent", a déclaré Prakash.

Et ces modèles d'orientation synchronisés peuvent être complexes : parfois, l'activité du système produit des tourbillons, les cils étant orientés autour d'un seul point. Dans d'autres cas, les cils se réorientent en quelques fractions de seconde, pointant d'abord dans une direction puis dans une autre - se regroupant comme le ferait un groupe d'étourneaux ou un banc de poissons, et donnant lieu à une agilité qui permet à l'animal de changer de direction en un clin d'œil.

"Nous avons été très surpris lorsque nous avons vu pour la première fois ces cils se réorienter en une seconde", a déclaré M. Bull.

Ce flocage agile est particulièrement intriguant. Le flocage se produit généralement dans des systèmes qui se comportent comme des fluides : les oiseaux et les poissons individuels, par exemple, peuvent échanger librement leurs positions avec leurs compagnons. Mais cela ne peut pas se produire chez Trichoplax, car ses cils sont des composants de cellules qui ont des positions fixes. Les cils se déplacent comme "un troupeau solide", explique Ricard Alert, physicien à l'Institut Max Planck pour la physique des systèmes complexes.

Prakash et Bull ont également constaté dans leurs simulations que la transmission d'informations était sélective : Après certains stimuli, l'énergie injectée dans le système par les cils se dissipe tout simplement, au lieu de se propager et de modifier le comportement de l'organisme. Nous utilisons notre cerveau pour faire cela tout le temps, pour observer avec nos yeux et reconnaître une situation et dire : "Je dois soit ignorer ça, soit y répondre", a déclaré M. Sponberg.

Finalement, Prakash et Bull ont découvert qu'ils pouvaient écrire un ensemble de règles mécaniques indiquant quand le Trichoplax peut tourner sur place ou se déplacer en cercles asymétriques, quand il peut suivre une trajectoire rectiligne ou dévier soudainement vers la gauche, et quand il peut même utiliser sa propre mécanique pour se déchirer en deux organismes distincts.

"Les trajectoires des animaux eux-mêmes sont littéralement codées" via ces simples propriétés mécaniques, a déclaré Prakash.

Il suppose que l'animal pourrait tirer parti de ces dynamiques de rotation et de reptation dans le cadre d'une stratégie de "course et culbute" pour trouver de la nourriture ou d'autres ressources dans son environnement. Lorsque les cils s'alignent, l'organisme peut "courir", en continuant dans la direction qui vient de lui apporter quelque chose de bénéfique ; lorsque cette ressource semble s'épuiser, Trichoplax peut utiliser son état de vortex ciliaire pour se retourner et tracer une nouvelle route.

Si d'autres études démontrent que c'est le cas, "ce sera très excitant", a déclaré Jordi Garcia-Ojalvo, professeur de biologie systémique à l'université Pompeu Fabra de Barcelone. Ce mécanisme permettrait de faire le lien entre beaucoups d'échelles, non seulement entre la structure moléculaire, le tissu et l'organisme, mais aussi pour ce qui concerne écologie et environnement.

En fait, pour de nombreux chercheurs, c'est en grande partie ce qui rend ce travail unique et fascinant. Habituellement, les approches des systèmes biologiques basées sur la physique décrivent l'activité à une ou deux échelles de complexité, mais pas au niveau du comportement d'un animal entier. "C'est une réussite...  vraiment rare", a déclaré M. Alert.

Plus gratifiant encore, à chacune de ces échelles, la mécanique exploite des principes qui font écho à la dynamique des neurones. "Ce modèle est purement mécanique. Néanmoins, le système dans son ensemble possède un grand nombre des propriétés que nous associons aux systèmes neuro-mécaniques : il est construit sur une base d'excitabilité, il trouve constamment un équilibre délicat entre sensibilité et stabilité et il est capable de comportements collectifs complexes." a déclaré Sponberg.

"Jusqu'où ces systèmes mécaniques peuvent-ils nous mener ?... Très loin." a-t-il ajouté.

Cela a des implications sur la façon dont les neuroscientifiques pensent au lien entre l'activité neuronale et le comportement de manière plus générale. "Les organismes sont de véritables objets dans l'espace", a déclaré Ricard Solé, biophysicien à l'ICREA, l'institution catalane pour la recherche et les études avancées, en Espagne. Si la mécanique seule peut expliquer entièrement certains comportements simples, les neuroscientifiques voudront peut-être examiner de plus près comment le système nerveux tire parti de la biophysique d'un animal pour obtenir des comportements complexes dans d'autres situations.

"Ce que fait le système nerveux n'est peut-être pas ce que nous pensions qu'il faisait", a déclaré M. Sponberg.

Un pas vers la multicellularité

"L'étude de Trichoplax peut nous donner un aperçu de ce qu'il a fallu faire pour développer des mécanismes de contrôle plus complexes comme les muscles et les systèmes nerveux", a déclaré Wan. "Avant d'arriver à ça, quelle est le meilleur truc à suivre ? Ca pourrait bien être ça".

Alert est d'accord. "C'est une façon si simple d'avoir des comportements organisationnels tels que l'agilité que c'est peut-être ainsi qu'ils ont émergé au début et  au cours de l'évolution, avant que les systèmes neuronaux ne se développent. Peut-être que ce que nous voyons n'est qu'un fossile vivant de ce qui était la norme à l'époque".

Solé considère que Trichoplax occupe une "twilight zone... au centre des grandes transitions vers la multicellularité complexe". L'animal semble commencer à mettre en place "les conditions préalables pour atteindre la vraie complexité, celle où les neurones semblent être nécessaires."

Prakash, Bull et leurs collaborateurs cherchent maintenant à savoir si Trichoplax pourrait être capable d'autres types de comportements ou même d'apprentissage. Que pourrait-il réaliser d'autre dans différents contextes environnementaux ? La prise en compte de sa biochimie en plus de sa mécanique ouvrirait-elle vers un autre niveau de comportement ?

Les étudiants du laboratoire de Prakash ont déjà commencé à construire des exemples fonctionnels de ces machines. Kroo, par exemple, a construit un dispositif de natation robotisé actionné par un matériau viscoélastique appelé mousse active : placée dans des fluides non newtoniens comme des suspensions d'amidon de maïs, elle peut se propulser vers l'avant.

"Jusqu'où voulez-vous aller ? a demandé Peleg. "Pouvez-vous construire un cerveau, juste à partir de ce genre de réseaux mécaniques ?"

Prakash considère que ce n'est que le premier chapitre de ce qui sera probablement une saga de plusieurs décennies. "Essayer de vraiment comprendre cet animal est pour moi un voyage de 30 ou 40 ans", a-t-il dit. "Nous avons terminé notre première décennie... C'est la fin d'une époque et le début d'une autre".

Les avantages sociaux de la synchronisation de notre cerveau

Nos ondes cérébrales peuvent s'aligner lorsque nous travaillons et jouons en étroite collaboration. Le phénomène, connu sous le nom de synchronisation inter-cerveau, suggère que la collaboration est biologique.

(Photo : De plus en plus de recherches montrent comment l’activité neuronale peut se synchroniser entre plusieurs personnes, ce qui entraîne de meilleurs résultats sociaux et créatifs.)

Le célèbre duo de pianos polonais Marek et Wacek n'utilisait pas de partitions lors de ses concerts live. Et pourtant, sur scène, le duo semblait parfaitement synchronisé. Sur des pianos adjacents, ils reprenaient de manière ludique divers thèmes musicaux, mêlé musique classique et jazz et improvisé en temps réel. "Nous avons suivi le courant", a déclaré Marek Tomaszewski, qui a joué avec Wacek Kisielewski jusqu'à la mort de Wacek en 1986. "C'était un pur plaisir."

Les pianistes semblaient lire dans les pensées des autres en échangeant des regards. C’était, dit Marek, comme s’ils étaient sur la même longueur d’onde. Un nombre croissant de recherches suggèrent que cela aurait pu être littéralement vrai.

Des dizaines d'expériences récentes étudiant l'activité cérébrale de personnes qui se produisent et travaillent ensemble – pianistes en duo, joueurs de cartes, enseignants et étudiants, puzzleurs et autres – montrent que leurs ondes cérébrales peuvent s'aligner dans un phénomène connu sous le nom de synchronisation neuronale interpersonnelle, également connue sous le nom de synchronie inter-cerveau.

"De nombreuses recherches montrent désormais que les personnes qui interagissent ensemble présentent des activités neuronales coordonnées", a déclaré Giacomo Novembre, neuroscientifique cognitif à l'Institut italien de technologie de Rome, qui a publié l'été dernier un article clé sur ce sujet. Les études se sont multipliées au cours des dernières années – notamment la semaine dernière – au fur et à mesure que de nouveaux outils et des techniques améliorées ont affiné la science et la théorie.

Ils montrent que la synchronisation entre les cerveaux présente des avantages. Qui conduit à une meilleure résolution de problèmes, à un meilleur apprentissage et à une meilleure coopération, et même à des comportements qui aident les autres à leur dépens. De plus, des études récentes dans lesquelles les cerveaux ont été stimulés par un courant électrique suggèrent que la synchronisation elle-même pourrait entraîner l'amélioration des performances observée par les scientifiques.

" La cognition est quelque chose qui se produit non seulement dans le crâne, mais aussi en relation avec l'environnement et avec les autres ", a déclaré Guillaume Dumas, professeur de psychiatrie computationnelle à l'Université de Montréal. Comprendre quand et comment nos cerveaux se synchronisent pourrait nous aider à communiquer plus efficacement, à concevoir de meilleures salles de classe et à aider les équipes à coopérer.

Se synchroniser

Les humains, comme les autres animaux sociaux, ont tendance à synchroniser leurs comportements. Si vous marchez à côté de quelqu’un, vous commencerez probablement à marcher au pas. Si deux personnes s’assoient côte à côte dans des fauteuils à bascule, il y a de fortes chances qu’elles commencent à se balancer au même rythme.

Une telle synchronisation comportementale, selon les recherches, nous rend plus confiants, nous aide à créer des liens et stimule nos instincts sociaux. Dans une étude, danser de manière synchronisée permettait aux participants de se sentir émotionnellement proches les uns des autres – bien plus que pour les groupes qui se déplaçaient de manière asynchrone. Dans une autre étude, les participants qui scandaient des mots de manière rythmée étaient plus susceptibles de coopérer à un jeu d'investissement. Même une simple marche à l'unisson avec une personne issue d'une minorité ethnique peut réduire les préjugés.

" La coordination est une caractéristique de l’interaction sociale. C'est vraiment crucial " a déclaré Novembre. "Lorsque la coordination est altérée, l'interaction sociale est profondément altérée."

Lorsque nos mouvements se coordonnent, une myriade de synchronisations invisibles à l’œil nu se produisent également à l’intérieur de notre corps. Quand les gens tambourinent ensemble, leurs cœurs battent ensemble. Les fréquences cardiaques des thérapeutes et de leurs patients peuvent se synchroniser pendant les séances (surtout si la relation thérapeutique fonctionne bien), tout comme celles des couples mariés. D’autres processus physiologiques, tels que notre rythme respiratoire et nos niveaux de conductance cutanée, peuvent également correspondre à ceux d’autres personnes.

(Photo : Ce n’est qu’au cours des 20 dernières années qu’est apparue une technologie permettant aux neuroscientifiques d’étudier la synchronisation inter-cerveau. L'hyperscanning utilise la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge, portée sur un appareil semblable à un bonnet de bain, pour surveiller l'activité neuronale de plusieurs individus s'engageant socialement.)

L’activité de notre cerveau peut-elle se synchroniser ? En 1965, la revue Science a publié les résultats d’une expérience suggérant que c’était possible. Des scientifiques de l'Université Thomas Jefferson de Philadelphie ont testé des paires de jumeaux identiques en insérant des électrodes sous leur cuir chevelu pour mesurer leurs ondes cérébrales – une technique appelée électroencéphalographie. Les chercheurs ont rapporté que lorsque les jumeaux restaient dans des pièces séparées, si l’un d’eux fermait les yeux, les ondes cérébrales des deux reflétaient le même mouvement. Les pointes sur l'électroencéphalographe de l'un des jumeaux reflétaient celles de l'autre. L’étude était cependant erronée sur le plan méthodologique. Les chercheurs avaient testé plusieurs paires de jumeaux mais n'avaient publié les résultats que pour la paire dans laquelle ils avaient observé une synchronie. Voilà qui n’a pas aidé ce domaine universitaire en plein essor. Pendant des décennies, la recherche sur la synchronisation intercérébrale fut donc reléguée dans la catégorie des " étranges bizarreries paranormales " et n’a pas été prise au sérieux.

La réputation du domaine a commencé à changer au début des années 2000 avec la popularisation de l' hyperscanning, une technique qui permet aux scientifiques de scanner simultanément le cerveau de plusieurs personnes en interaction. Au début, cela impliquait de demander à des paires de volontaires de s'allonger dans des appareils d'IRMf séparés, ce qui limitait considérablement les types d'études que les scientifiques pouvaient réaliser. Les chercheurs ont finalement pu utiliser la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (fNIRS), qui mesure l'activité des neurones dans les couches externes du cortex. Le grand avantage de cette technologie est sa facilité d'utilisation : les volontaires peuvent jouer de la batterie ou étudier dans une salle de classe tout en portant des bonnets fNIRS, qui ressemblent à des bonnets de bain avec une multitude de câbles qui dépassent.

Lorsque plusieurs personnes  interagissent tout en portant des casquettes fNIRS, les scientifiques ont commencé à découvrir une activité interneurale synchronisée dans des régions du cerveau, qui variaient selon la tâche et la configuration de l'étude. Ils ont également observé des ondes cérébrales, qui représentent des schémas électriques dans le déclenchement neuronal, se synchronisant sur plusieurs fréquences. Sur une lecture électroencéphalographique de deux cerveaux synchronisés, les lignes représentant l'activité neuronale de chaque personne fluctuent ensemble : chaque fois que l'une monte ou descend, l'autre fait de même, bien que parfois avec un décalage dans le temps. Parfois, des ondes cérébrales apparaissent dans des images en miroir – lorsque celles d’une personne montent, celles de l’autre descendent en même temps et avec une ampleur similaire – ce que certains chercheurs considèrent également comme une forme de synchronie.

Avec de nouveaux outils, il est devenu de plus en plus clair que la synchronisation inter-cerveau n’était ni un charabia métaphysique ni le produit de recherches erronées. "Le signal est définitivement là", a déclaré Antonia Hamilton , neuroscientifique sociale à l'University College de Londres. Ce qui s'est avéré plus difficile à comprendre, c'est comment deux cerveaux indépendants, dans deux corps distincts, pouvaient montrer une activité similaire dans l'espace. Maintenant, dit Hamilton, la grande question est : " Qu’est-ce que cela nous raconte ? "

La recette de la synchronisation

Novembre est fasciné depuis longtemps par la manière dont les humains se coordonnent pour atteindre des objectifs communs. Comment les musiciens – les pianistes en duo, par exemple – collaborent-ils si bien ? Pourtant, c'est en pensant aux animaux, comme les lucioles synchronisant leurs flashs, qu'il s'est mis sur la voie de l'étude des ingrédients nécessaires à l'apparition de la synchronisation inter-cerveau.

Étant donné que la synchronie est " si répandue parmi tant d’espèces différentes ", se souvient-il, " je me suis dit : OK, alors il pourrait y avoir un moyen très simple de l’expliquer. "

Novembre et ses collègues ont mis en place une expérience, publiée l'été dernier , dans laquelle des paires de volontaires ne faisaient que s'asseoir l'un en face de l'autre tandis qu'un équipement photographique suivait les mouvements de leurs yeux, de leur visage et de leur corps. Parfois, les volontaires pouvaient se voir ; à d'autres moments, ils étaient séparés par une cloison. Les chercheurs ont découvert que dès que les volontaires se regardaient dans les yeux, leurs ondes cérébrales se synchronisaient instantanément. Le sourire s’est avéré encore plus puissant pour aligner les ondes cérébrales.

" Il y a quelque chose de spontané dans la synchronisation", a déclaré Novembre.

Le mouvement est également lié à l’activité synchronisée des ondes cérébrales. Dans l'étude de Novembre, lorsque les gens bougeaient leur corps de manière synchronisée – si, par exemple, l'un levait la main et que l'autre faisait de même – leur activité neuronale correspondait, avec un léger décalage. Cependant, la synchronisation intercérébrale va au-delà de la simple reproduction des mouvements physiques. Dans une étude publiée l'automne dernier sur des pianistes jouant en duo, une rupture de la synchronisation comportementale n'a pas provoqué la désynchronisation des deux cerveaux.

Un autre ingrédient important de la synchronisation neuronale "face à face" semble être la prédiction mutuelle : anticiper les réponses et les comportements d'une autre personne. Chaque personne " bouge ses mains, son visage ou son corps, ou parle ", a expliqué Hamilton, " et réagit également aux actions de l'autre personne ". Par exemple, lorsque les gens jouaient au jeu de cartes italien Tressette, l'activité neuronale des partenaires se synchronisait, mais le cerveau de leurs adversaires ne s'alignait pas avec eux.

Le partage d’objectifs et l’attention commune semblent souvent cruciaux pour la synchronisation inter-cerveau. Dans une expérience menée en Chine, des groupes de trois personnes ont dû coopérer pour résoudre un problème. Se présenta un problème : l'un des membres de l'équipe était un chercheur qui faisait seulement semblant de s'engager dans la tâche, hochant la tête et commentant lorsque c'était approprié, mais ne se souciant pas vraiment du résultat. Son cerveau ne se synchronisait pas avec celui des véritables membres de l'équipe.

Cependant, certains critiques affirment que l’apparition d’une activité cérébrale synchronisée n’est pas la preuve d’une quelconque connexion, mais peut plutôt s’expliquer par la réaction des personnes à un environnement partagé. " Imaginez deux personnes écoutant la même station de radio dans deux pièces différentes ", a écrit Clay Holroyd, neuroscientifique cognitif à l'Université de Gand en Belgique qui n'étudie pas la synchronisation intercérébrale, dans un article de 2022 . "La synchronisation inter-cerveau pourrait augmenter pendant les chansons qu'ils apprécient  ensemble par rapport aux chansons qu'ils trouvent tous deux ennuyeuses, mais cela ne serait pas une conséquence d'un couplage direct de cerveau à cerveau."

Pour tester cette critique, des scientifiques de l'Université de Pittsburgh et de l'Université Temple ont conçu une expérience dans laquelle les participants travaillaient différemment sur une tâche ciblée : terminer un puzzle . Les volontaires ont soit assemblé un puzzle en collaboration, soit travaillé sur des puzzles identiques séparément, côte à côte. Même s’il existait une certaine synchronisation interneurale entre les chercheurs travaillant de manière indépendante, elle était bien plus importante chez ceux qui collaboraient.

Pour Novembre, ces découvertes et d’autres similaires suggèrent que la synchronisation intercérébrale est plus qu’un artefact environnemental. "Tant que vous mesurerez le cerveau lors d'une interaction sociale, vous devrez toujours faire face à ce problème", a-t-il déclaré. "Les cerveaux en interaction sociale seront exposés à des informations similaires."

(Photo : La Mutual Wave Machine, qui a fait le tour des villes du monde entier de 2013 à 2019, permet aux passants d'explorer la synchronisation intercérébrale par paires tout en générant des données pour la recherche en neurosciences.)

À moins qu’ils ne soient à des endroits différents, bien sûr. Pendant la pandémie, les chercheurs se sont intéressés à comprendre comment la synchronisation intercérébrale pourrait changer lorsque les gens parlent face à face par vidéo. Dans une étude, publiée fin 2022 , Dumas et ses collègues ont mesuré l'activité cérébrale des mères et de leurs préadolescents lorsqu'ils communiquaient par vidéo en ligne. Les cerveaux des couples étaient à peine synchronisés, bien moins que lorsqu'ils parlaient en vrai. Une telle mauvaise synchronisation inter-cerveau en ligne pourrait aider à expliquer pourquoi les réunions Zoom ont tendance à être si fatigantes, selon les auteurs de l'étude.

"Il manque beaucoup de choses dans un appel Zoom par rapport à une interaction en face à face", a déclaré Hamilton, qui n'a pas participé à la recherche. " Votre contact visuel est un peu différent parce que le positionnement de la caméra est incorrect. Plus important encore, votre attention commune est différente."

Identifier les ingrédients nécessaires à l'apparition de la synchronisation inter-cerveau – qu'il s'agisse d'un contact visuel, d'un sourire ou du partage d'un objectif – pourrait nous aider à mieux profiter des avantages de la synchronisation avec les autres. Lorsque nous sommes sur la même longueur d’onde, les choses deviennent tout simplement plus faciles.

Avantages émergents

La neuroscientifique cognitive Suzanne Dikker aime exprimer son côté créatif en utilisant l'art pour étudier le fonctionnement du cerveau humain. Pour capturer la notion insaisissable d’être sur la même longueur d’onde, elle et ses collègues ont créé la Mutual Wave Machine : mi-installation artistique, mi-expérience neurologique. Entre 2013 et 2019, les passants de diverses villes du monde – Madrid, New York, Toronto, Athènes, Moscou et autres – ont pu faire équipe avec une autre personne pour explorer la synchronisation interneurale. Ils sont assis dans deux structures en forme de coquille se faisant face tout en portant un casque électroencéphalographe pour mesurer leur activité cérébrale. Pendant qu’ils interagissent pendant 10 minutes, les coquilles s’éclairent avec des projections visuelles qui servaient de neurofeedback : plus les projections sont lumineuses, plus leurs ondes cérébrales sont couplées. Cependant, certaines paires n'étaient pas informées que la luminosité des projections reflétait leur niveau de synchronisation, tandis que d'autres voyaient de fausses projections.

Lorsque Dikker et ses collègues ont analysé les résultats, publiés en 2021, ils ont découvert que les couples qui savaient qu'ils voyaient du neurofeedback se synchronisaient davantage avec le temps – un effet motivé par leur motivation à rester concentrés sur leur partenaire, ont expliqué les chercheurs. Plus important encore, leur synchronisation accrue a augmenté le sentiment de connexion sociale entre les deux. Il est apparu qu’être sur la même longueur d’onde cérébrale pourrait aider à établir des relations.

Dikker a également étudié cette idée dans un cadre moins artistique : la salle de classe. Dans une salle de classe de fortune dans un laboratoire, un professeur de sciences du secondaire encadrait des groupes de quatre élèves maximum pendant que Dikker et ses collègues enregistraient leur activité cérébrale. Dans une étude publiée sur le serveur de prépublication biorxiv.org en 2019, les chercheurs ont rapporté que plus les cerveaux des étudiants et de l'enseignant étaient synchronisés, plus les étudiants retenaient le matériel lorsqu'ils étaient testés une semaine plus tard. Une analyse de 2022 portant sur 16 études a confirmé que la synchronisation intercérébrale est effectivement liée à un meilleur apprentissage.

" La personne qui prête le plus d'attention ou qui s'accroche le mieux au signal de l'orateur sera également la plus synchronisée avec d'autres personnes qui accordent également la plus grande attention à ce que dit l'orateur ", a déclaré Dikker.

Ce n'est pas seulement l'apprentissage qui semble stimulé lorsque nos cerveaux sont synchronisés, mais également les performances et la coopération de l'équipe. Dans une autre étude réalisée par Dikker et ses collègues, des groupes de quatre personnes ont réfléchi à des utilisations créatives d'une brique ou classé des éléments essentiels pour survivre à un accident d'avion. Les résultats ont montré que plus leurs ondes cérébrales étaient synchronisées, mieux ils effectuaient ces tâches en groupe. Entre-temps, d'autres études ont montré que les équipes neuronales synchronisées non seulement communiquent mieux, mais surpassent également les autres dans les activités créatives telles que l'interprétation de la poésie .

Alors que de nombreuses études ont établi un lien entre la synchronisation intercérébrale et un meilleur apprentissage et de meilleures performances, la question reste de savoir si la synchronisation entraîne réellement de telles améliorations. Serait-ce plutôt une mesure d’engagement ? "Les enfants qui prêtent attention à l'enseignant feront preuve d'une plus grande synchronisation avec cet enseignant parce qu'ils sont plus engagés", a déclaré Holroyd. "Mais cela ne signifie pas que les processus synchrones contribuent réellement d'une manière ou d'une autre à l'interaction et à l'apprentissage."

Pourtant, les expériences sur les animaux suggèrent que la synchronisation neuronale peut effectivement conduire à des changements de comportement. Lorsque l’activité neuronale des souris était mesurée en leur faisant porter de minuscules capteurs en forme de chapeau haut de forme, par exemple, la synchronisation inter-cerveau prédisait si et comment les animaux interagiraient dans le futur. "C'est une preuve assez solide qu'il existe une relation causale entre les deux", a déclaré Novembre.

Chez l’homme, les preuves les plus solides proviennent d’expériences utilisant la stimulation électrique du cerveau pour générer une synchronisation interneurale. Une fois les électrodes placées sur le cuir chevelu des personnes, des courants électriques peuvent passer entre les électrodes pour synchroniser l’activité neuronale du cerveau des personnes. En 2017, Novembre et son équipe ont réalisé la première de ces expériences. Les résultats suggèrent que la synchronisation des ondes cérébrales dans la bande bêta, liée aux fonctions motrices, améliore la capacité des participants à synchroniser les mouvements de leur corps – dans ce cas, en frappant un rythme avec leurs doigts.

Plusieurs études ont récemment reproduit les conclusions de Novembre. Fin 2023, des chercheurs ont découvert qu'une fois les ondes cérébrales synchronisées par stimulation électrique, leur capacité à coopérer dans un jeu informatique simple s'améliorait considérablement. Et l'été dernier d'autres scientifiques ont montré qu'une fois que deux cerveaux sont synchronisés, les gens parviennent mieux à transférer des informations et à se comprendre.

La science est nouvelle, donc le jury ne sait toujours pas s'il existe un véritable lien de causalité entre la synchronie et le comportement humain coopératif. Malgré cela, la science de la synchronisation neuronale nous montre déjà à quel point nous bénéficions lorsque nous faisons les choses en synchronisation avec les autres. Sur le plan biologique, nous sommes programmés pour nous connecter.