Une nouvelle étude israélo-allemande apporte un éclairage sur la façon dont le cerveau « voit »

Des chercheurs israéliens de l'Université hébraïque et leurs collègues allemands de Munich ont mené une étude révélant comment le cerveau humain « voit » en transformant les signaux visuels en perceptions. Cette étude examine comment le cerveau utilise les informations provenant des yeux pour construire une compréhension et une perception spatiale du monde extérieur.

Les résultats suggèrent que la vision commence bien avant qu'une image complète ne se forme dans le cerveau. Au départ, les données entrantes consistent en des informations visuelles brutes, qui sont ensuite traitées et organisées en une structure cohérente et significative. Le processus commence dans la rétine de l'œil, qui détecte la lumière et la convertit en signaux électriques transmis au cerveau pour une analyse plus approfondie.

Les chercheurs estiment que cette nouvelle étude, publiée dans la revue Science, pourrait influencer les futures recherches en neurosciences. Elle fournirait la première preuve étayant le « modèle feedforward » proposé en 1962 par les lauréats du prix Nobel David Hubel et Torsten Wiesel.

Les efforts scientifiques visant à comprendre comment le cerveau traite les informations visuelles remontent à plus d’un siècle. En 1905, le médecin japonais Tatsuji Inouye a découvert que des lésions à l’arrière du cerveau entraînaient une perte de la vision, ce qui lui a finalement permis d’identifier le rôle crucial du cortex visuel. Ce n’est toutefois que dans les années 1950 que les scientifiques ont établi que le cerveau est constitué de neurones communiquant par le biais de signaux chimiques et électriques.

Le « modèle feedforward » de Hubel et Wiesel, présenté au début des années 1960, a marqué une avancée majeure. Il a montré que les neurones de la rétine et du thalamus réagissent à de petits points lumineux, tandis que ceux du cortex visuel réagissent à des lignes plutôt qu’à des points. Pendant des décennies, cependant, des limites techniques ont empêché de prouver pleinement leur théorie.

La nouvelle étude germano-israélienne fournirait la première preuve concrète à l’appui du « modèle feedforward ». Elle a utilisé une microscopie à deux photons de pointe, permettant l’imagerie au niveau des synapses individuelles — ces minuscules connexions entre les neurones.

Les chercheurs ont également utilisé des protéines génétiquement modifiées qui émettent de la lumière lorsqu’elles se lient au neurotransmetteur glutamate. Cette approche combinée leur a permis d’observer, en temps réel, comment les neurones communiquent.

Ils ont finalement réussi à cartographier les connexions d'entrée vers un seul neurone, identifiant près de 90 % de ses entrées excitatoires actives. De plus, ils ont pu déterminer lesquelles de ces entrées provenaient du thalamus.

La nouvelle étude a révélé que les neurones du cortex visuel sont sensibles à l'orientation et reçoivent des signaux provenant des neurones thalamiques. Tout en apportant des preuves en faveur du modèle feedforward, les chercheurs allemands et israéliens ont noté que ce modèle ne rendait pas compte de tous les aspects du traitement visuel complexe dans le cerveau humain.

Pour l'avenir, les chercheurs estiment que cette nouvelle étude pourrait constituer le point de départ d'une exploration plus approfondie du fonctionnement du cerveau.

Israël dispose de certains des hôpitaux et de la recherche médicale les plus avancés au monde. En février, des chercheurs du Rambam Health Care Campus, dans le nord d'Israël, ont présenté une étude prometteuse selon laquelle la stimulation cérébrale profonde pourrait traiter la schizophrénie.