Lorsque nous ne faisons rien, nous avons tendance à laisser nos pensées vagabonder. Sommes-nous le seul primate ainsi capable d’introspection ? Une équipe internationale, associant des chercheurs lyonnais, a décidé d’en avoir le cœur net en observant l’activité cérébrale de quatre espèces de primates, dont l’humain.
Quel est le point commun entre ces trois situations : attendre son tour à la boulangerie, regarder le paysage filer à travers la fenêtre du train ou s’allonger sur le canapé en vue d’une petite sieste ? Privés d’activité, nous laissons nos pensées filer et notre esprit vagabonder. Un peu comme si nous nous mettions en pause. Notre cerveau cesse-t-il pour autant toute activité dans ces moments ? C’est ce que l’on pensait jusqu’à ce que le neurologue Hans Berger démontre, en 1929, que les oscillations électriques se poursuivent, même lorsque le cerveau est au repos.
Quelques découvertes plus tard, grâce au développement de l’imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf) à la fin du XXe siècle, les neuroscientifiques identifient les « réseaux fonctionnels » du cerveau. Ces réseaux se forment lorsque plusieurs aires cérébrales s’activent de manière simultanée afin de pouvoir traiter des informations et y réagir. On peut citer le réseau visuel, celui de la saillance, qui permet de traiter les informations qui méritent une réaction rapide, le réseau de contrôle fronto-parietal, pour les tâches complexes impliquant la prise de décision ou la mémoire, ou encore celui de l’attention, pour se concentrer sur certaines informations de l’environnement. Tous ces réseaux sont impliqués dans une action en lien avec le monde extérieur, qu’il s’agisse de recevoir de l’information, de l’émettre ou de la traiter. Mais il existe un réseau plus passif et centré sur soi : on l’appelle le « réseau du mode par défaut ». Celui-ci s’active lors de la connexion du cortex préfrontal médian et du cortex cingulaire postérieur, deux régions particulièrement impliquées dans les pensées introspectives et les souvenirs autobiographiques. Par exemple, dans les situations d’attente, de rêverie ou de somnolence décrites plus haut.
Les chercheurs ont comparé le fonctionnement du réseau du mode par défaut chez l’humain, le macaque, le ouistiti et le microcèbe murin, le plus petit primate du monde.
De nombreuses recherches menées chez l’humain, les primates non-humains et les rongeurs ont montré que ce réseau existe dans un large éventail d’espèces [1]. Cependant, d’un point de vue évolutif, une question demeure : qu’en est-il des similitudes ou des disparités organisationnelles et fonctionnelles de ce réseau entre l’humain et les autres primates ? Se peut-il qu’il y ait quelque chose de spécifiquement humain dans le fonctionnement de notre réseau du mode par défaut ?
C’est pour répondre à ces questions que Clément Garin, de l’université de Vanderbilt aux Etats-Unis, a mené une étude avec sept laboratoires internationaux (canadiens, américains et français), dont l’équipe de Suliann Ben Hamed à l’Institut des sciences cognitives Marc-Jeannerod de Lyon. Les résultats de cette étude viennent d’être publiés dans la revue Cell Reports [2].
La démarche scientifique s’appuie sur des données d’IRMf acquises chez quatre espèces de primates : l’humain, le macaque, le ouistiti et le microcèbe murin, le plus petit primate du monde. Le choix de ces espèces n’est pas anodin car il se déploie sur l’éventail de l’arbre phylogénétique primate, le microcèbe étant le primate le plus éloigné génétiquement de l’homme (voir illustration). L’IRMf est une méthode qui permet la détection de réseaux cérébraux en s’appuyant sur les variations du taux d’oxygène engendré par l’activité neuronale du cerveau. Dans un premier temps, les chercheurs ont confirmé que, même au repos et quelle que soit l’espèce, ces réseaux pouvaient être détectés. La comparaison inter-espèces de ces réseaux ou de leurs connections permet ainsi une meilleure compréhension de leurs origines évolutives. Ce travail scientifique se concentre en particulier sur le réseau du mode part défaut et utilise, entre autres, une méthode statistique dite de « comparaison d’empreintes ». Ce type d’analyse permet de comparer la connectivité entre des groupements d’activations cérébrales à travers plusieurs espèces.
Ces résultats suggèrent que le réseau du mode par défaut humain pourrait avoir été modelé durant l’évolution des hominoïdes, lui donnant un avantage évolutif cognitif.
Dans un second temps, les auteurs de l’étude ont mis en évidence que le réseau du mode par défaut présente plus de similitudes entre primates non-humains qu’avec les humains. Plus précisément, ils ont observé que, contrairement à l’humain, le cortex préfrontal médian et le cortex cingulaire postérieur présentent une connectivité moindre chez les primates non-humains. En partant de ces observations, ils ont mis en évidence que les groupements de neurones activés dans ces régions sont en réalité impliqués dans d’autres réseaux chez les singes (le réseau fronto-pariétal et le réseau fronto-temporal).
Il est intéressant de noter que certains des motifs de connectivité sont propres aux trois espèces de primates non-humain. Cela suggère que le réseau du mode par défaut humain pourrait avoir été modelé durant l’évolution des hominoïdes, lui donnant un avantage évolutif cognitif. Celui-ci pourrait avoir été arbitré par le développement du traitement des pensées abstraites. Comme celles qui surgissent quand nous sommes immobiles dans une file d’attente, un compartiment de train ou sur notre canapé.
[1] Raichle et al., 2001 (humain) ; Barks et al., 2015 (chimpanzés) ; Vincent et al., 2007 (macaques) ; Belcher et al., 2013 (marmousets) ; Garin et al., 2021 (microcèbes).
[2] An evolutionary gap in primate default mode network Organization. Clément M. Garin, Yuki Hori, Stefan Everling, Christopher T. Whitlow, Finnegan J Calabro, Beatriz Luna, Mathilda Froesel, Maëva Gacoin, Suliann Ben Hamed, Marc Dhenain, Christos Constantinidis. Cell Reports, le 12 avril 2022.
