Comprendre la cognition

Imaginez une pomme – sa verdeur, son goût aigre et son croquant frais et croquant; comment le cerveau crée-t-il une représentation d’une telle pomme?

C’est l’une des questions posées par le Human Brain Project (HBP). Pour mieux comprendre le cerveau humain, vous avez besoin de théories, de modèles et de cadres conceptuels, qui peuvent être testés et affinés. Le HBP soutient le travail des neuroscientifiques cognitifs et théoriques afin de mieux comprendre le fonctionnement de notre cerveau.

Les neuroscientifiques théoriques travaillent à développer une théorie du cerveau à plusieurs échelles qui synthétise des approches descendantes et ascendantes axées sur les données. Ils tentent également d’unifier les théories de l’apprentissage, de la mémoire, de l’attention et du comportement axé sur les objectifs; de comprendre des fonctions cognitives complexes telles que la navigation spatiale, la récursivité et le traitement symbolique; et d’identifier des ponts reliant les multiples échelles temporelles et spatiales impliquées dans l’activité cérébrale et dans les signaux captés par l’imagerie et d’autres technologies.

Les neuroscientifiques cognitifs de HBP étudient la nature de la perception visuelle, la propagation des ondes lentes dans le cerveau endormi, le rôle de l’hippocampe dans la mémoire épisodique (souvenirs personnels de nos vies) ainsi que le développement de nouvelles façons de mesurer l’état de conscience chez les personnes et les autres animaux.

Création d’une représentation

Comment le cerveau crée-t-il une représentation d’un objet, comme une pomme, à partir d’informations multisensorielles? Cette question est cruciale car ces représentations sont à la base de processus cognitifs supérieurs tels que la formation de catégories, le raisonnement et le langage. L’un de nos objectifs est de développer un réseau neuronal de “deep learning” qui apprend à reconnaître les objets et les fonctions d’une manière similaire aux systèmes neurobiologiques réels.

Conscience

L’un des problèmes les plus profonds non résolus de la science est la nature de la conscience – comment la conscience est-elle générée par le cerveau? Il existe plusieurs problèmes cliniques et éthiques qui limitent la façon dont nous pouvons répondre à cette question, comme l’évaluation du niveau de conscience chez les patients à la suite d’une lésion cérébrale. De nouvelles façons de mesurer les niveaux de conscience rendront les cliniciens moins dépendants de mesures purement comportementales; cela profitera, par exemple, aux patients dans le coma.

Ondes lentes dans le cerveau endormi

De même, comment des phénomènes disparates tels que le sommeil et l’éveil peuvent-ils émerger des mêmes systèmes cortico-thalamiques dans le cerveau? Pour répondre à cette question, nous allons étudier l’activité des ondes lentes et des simulations de grandes populations de neurones de tir chez la souris et l’homme.

Mémoire

Les souvenirs épisodiques sont nos expériences personnelles et conscientes situées dans l’espace et le temps. La capacité du cerveau à rappeler des objets et des expériences à partir d’informations multisensorielles (par exemple, la vision, l’ouïe ou le toucher) est essentielle à la compréhension de la mémoire humaine. Le HBP mène une série coordonnée d’expériences pour identifier les mécanismes neuronaux derrière la mémoire épisodique, et les valider par des modèles informatiques et des systèmes robotiques.

Les travaux des neuroscientifiques théoriques et cognitifs de l’HBP alimentent les travaux d’ailleurs dans l’HBP, en particulier les plateformes de neurorobotique et de neurocomputing.