Le cerveau recyclerait ses « Lego cognitifs » pour passer de la mémoire à l’action

Des chercheurs du MIT et de l’université de Princeton ont trouvé des éléments montrant que le cerveau n’a pas nécessairement besoin de réserver une population neuronale distincte à chaque type d’information. Certains groupes de neurones du cortex préfrontal semblent plutôt fonctionner comme des modules de mémoire de travail réutilisables : un même groupe peut conserver un stimulus sensoriel mémorisé ou un plan d’action à venir.

Ce que l’expérience chez la souris a révélé

Les souris effectuaient une tâche de comparaison différée. Elles entendaient d’abord une tonalité aiguë ou grave, devaient la garder en mémoire, la comparer à une seconde tonalité, puis conserver la décision ou le plan d’action jusqu’au moment de répondre. Les chercheurs ont enregistré l’activité de milliers de neurones dans le cortex préfrontal médian et le cortex pariétal postérieur.

L’analyse informatique a fait apparaître plusieurs sous-espaces neuronaux associés au traitement des stimuli et au maintien des informations en mémoire. Dans le cortex préfrontal, des clusters qui maintenaient le souvenir sensoriel pendant le premier délai pouvaient ensuite être réaffectés au maintien du plan d’action pendant le délai suivant. Autrement dit, le même circuit semblait réutiliser une opération similaire — maintenir une information — avec un contenu différent.

Le cortex pariétal présentait un profil différent. Ses groupes de neurones paraissaient davantage spécialisés dans certains types d’informations et moins susceptibles de changer de fonction de la même manière. Cette opposition entre réutilisation préfrontale et spécialisation pariétale pourrait correspondre à une forme de partage des rôles dans le cerveau.

Des « Lego cognitifs » dans le cerveau

L’idée évoque des « Lego cognitifs » : des composants neuronaux réutilisables que le cerveau peut combiner et recombiner pour produire une grande variété de comportements à partir d’un nombre limité de ressources.

Cette organisation pourrait rendre l’apprentissage plus économe. Au lieu de repartir de zéro pour chaque nouvelle tâche, le cerveau pourrait réemployer des opérations déjà acquises, en modifiant leur combinaison ou le type d’information qu’elles portent. Elle offre aussi une piste pour comprendre la souplesse cognitive : passer rapidement d’une règle à une autre, alterner entre des tâches ou transformer un souvenir en plan d’action.

Des réseaux neuronaux artificiels récurrents, entraînés à répondre à des exigences comparables, ont développé une organisation modulaire réutilisable. Ce résultat suggère que cette architecture peut constituer une solution de calcul utile, et pas seulement une particularité des souris étudiées. À terme, elle pourrait inspirer des systèmes d’intelligence artificielle capables d’apprendre de nouvelles tâches sans devoir être largement réentraînés.

Une découverte prometteuse, mais pas encore une preuve complète

Les résultats ne démontrent pas à eux seuls le mécanisme complet d’une pensée flexible comparable à celle de l’être humain. Chez la souris, les observations restent corrélationnelles : elles identifient des profils d’activité compatibles avec la réaffectation des modules, sans prouver qu’un cluster donné est la cause directe du comportement.

Les prochaines expériences chercheront à établir un lien de causalité

Les chercheurs prévoient de perturber ou de manipuler sélectivement les clusters préfrontaux identifiés à différents moments de la tâche. Ils pourront ainsi vérifier si la contribution d’un même groupe passe réellement du maintien d’un souvenir sensoriel à celui d’un plan d’action.

La prédiction centrale est la suivante : interrompre le même cluster devrait altérer des fonctions différentes selon le moment de l’intervention. Les éléments disponibles ne permettent toutefois pas de préciser la méthode exacte utilisée ni le calendrier de ces expériences.

Qu’en est-il du financement ?

Les sources fournies ne permettent pas d’établir le financement de cette étude précise menée par les équipes du MIT et de Princeton. La mention du financement par l’Office of the Director of National Intelligence des États-Unis et les National Institutes of Health concerne un autre projet, consacré à la cartographie des connexions cérébrales de la souris ; elle ne doit donc pas être attribuée à la présente recherche.