Comment les réseaux cérébraux maintiennent-ils l’attention ?

résumé: Une nouvelle étude étudie les mécanismes cérébraux derrière la concentration profonde. La recherche utilise l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle pour explorer les fluctuations à basse fréquence dans les réseaux cérébraux au cours d’états concentrés et moins concentrés.

L'équipe a découvert que certains réseaux cérébraux se synchronisent et se désynchronisent, affectant ainsi la capacité d'un individu à maintenir son attention. Cette compréhension plus approfondie de la nature dynamique de l’activité cérébrale pourrait conduire à de meilleures stratégies pour améliorer la concentration et l’attention dans diverses tâches cognitives.

Faits marquants:

1. L'étude examine la relation entre les fluctuations quasi-périodiques du réseau cérébral et l'attention soutenue, trouvant un schéma qui se répète environ toutes les 20 secondes.
2. Les principaux réseaux cérébraux impliqués comprennent le réseau de contrôle fronto-pariétal (FPCN) et le réseau en mode par défaut (DMN), qui jouent respectivement un rôle dans la concentration sur les tâches et la pensée interne.
3. Les résultats suggèrent que la synchronisation entre ces réseaux peut prédire les changements dans les niveaux d'attention, fournissant ainsi un cadre potentiel pour améliorer la fonction cognitive.

source: Institut de technologie de la Géorgie

Qu'il s'agisse de résoudre des puzzles, de jouer de la musique, de lire ou de faire du sport, Dolly Seeberger aimait les activités qui exigeaient toute son attention en grandissant. « À ces moments-là, je me sentais complètement satisfaite, comme si j'étais dans la zone », se souvient-elle. « Les heures passeront, mais elles ressembleront à des minutes. »

Bien que cet état de concentration profonde soit essentiel à un fonctionnement très efficace, il n’est pas encore entièrement compris. Aujourd'hui, une nouvelle étude menée par Seeberger, étudiante diplômée à l'École de psychologie, avec son conseiller Eric Schumacher, professeur à l'École de psychologie, a révélé les mécanismes derrière cette étude.

L'équipe interdisciplinaire de Georgia Tech comprend également Nan Xu, Sam Larson et Sheila Kielholz (Département Coulter de génie biomédical), ainsi que Marcus Ma (École d'informatique) et Christine Goodwin (École de psychologie).

L'étude des chercheurs, « La connectivité fonctionnelle variable dans le temps prédit les fluctuations de l'attention soutenue dans une tâche de tapotement en série », publiée dans Neurosciences cognitives, affectives et comportementalesétudie l'activité cérébrale via l'IRM fonctionnelle pendant les périodes de concentration profonde et de travail moins ciblé.

Ce travail est le premier à étudier les fluctuations de basse fréquence entre différents réseaux du cerveau au cours de la concentration et pourrait servir de point de départ pour étudier des comportements et des états de concentration plus complexes.

« Votre cerveau est dynamique. Rien n'est allumé ou éteint », explique Seeberger.

« C'est le phénomène que nous voulions étudier. Comment entre-t-on dans la zone ? Pourquoi certaines personnes sont-elles capables de mieux maintenir leur attention que d'autres ? Est-ce quelque chose qui peut être entraîné ? Si oui, pouvons-nous aider les gens à améliorer leurs performances ? « 

Cerveau dynamique

Le travail de l'équipe est également le premier à étudier la relation entre les fluctuations de l'attention et les modèles de réseaux cérébraux au sein de ces cycles basse fréquence de 20 secondes.

« Pendant longtemps, les études sur les oscillations neuronales se sont concentrées sur des fréquences temporelles plus rapides, et l'appréciation de ces oscillations basse fréquence est relativement nouvelle », explique Seeberger.

« Mais ces fluctuations à basse fréquence peuvent jouer un rôle clé dans la régulation de fonctions cognitives supérieures, telles qu'une attention soutenue. »

« L'une des choses que nous avons découvertes lors de recherches antérieures est qu'il existe une fluctuation naturelle de l'activité dans certains réseaux cérébraux. Lorsqu'une personne n'effectue pas une tâche spécifique sous l'IRM, nous constatons que des fluctuations se produisent environ toutes les 20 secondes. » ajoute le co-auteur Schumacher. , expliquant que l'équipe s'est intéressée à ce modèle car il est quasi-périodique, ce qui signifie qu'il ne se répète pas exactement toutes les 20 secondes et varie selon les différentes expériences et sujets.

En étudiant ces cycles quasi-périodiques, l’équipe espérait mesurer la relation entre les fluctuations cérébrales de ces réseaux et les fluctuations comportementales associées aux changements d’attention.

Votre attention est nécessaire

Pour mesurer l’attention, les participants ont tapé sur un métronome alors qu’ils étaient dans un scanner IRMf. L'équipe a pu mesurer dans quelle mesure les participants étaient « dans la zone » en mesurant la quantité de variation dans les clics de chaque participant : plus de variation indiquait que le participant était moins concentré, tandis qu'un clic plus fin indiquait que le participant était « dans la zone ». .»

Les chercheurs ont découvert que lorsque le niveau de concentration d'un sujet change, différentes régions du cerveau se synchronisent et se désynchronisent, notamment le réseau de contrôle fronto-pariétal (FPCN) et le réseau en mode par défaut (DMN).

Le FPCN est engagé lorsqu'une personne essaie de rester concentrée sur sa tâche, tandis que le DMN est associé à des pensées dirigées vers l'intérieur (que le participant peut avoir lorsqu'il est moins concentré).

« Quand l'un d'eux est hors de la zone, ces deux réseaux se synchronisent et ils sont en phase basse fréquence », explique Seeberger. « Quand quelqu'un se trouve dans la zone, ces réseaux ne se synchronisent pas. »

Les résultats suggèrent que les modèles de 20 secondes peuvent aider à prédire si une personne maintient son attention ou non, et pourraient fournir des informations essentielles aux chercheurs développant des outils et des techniques qui nous aident à nous concentrer profondément.

La grande image

Bien que la relation directe entre le comportement et l’activité cérébrale soit encore inconnue, ces schémas de fluctuations cérébrales de 20 secondes sont observés à l’échelle mondiale et entre les espèces.

« Si vous placez quelqu'un dans un scanner et que son esprit vagabonde, vous constaterez ces fluctuations. Vous pouvez trouver ces schémas quasi mensuels chez les rongeurs. Vous pouvez les trouver chez les primates », explique Schumacher. « Il y a quelque chose de fondamental dans l'activité du réseau cérébral. .»

« Je pense que cela répond à une question vraiment fondamentale sur la relation entre le comportement et l'activité cérébrale », ajoute-t-il.

« Comprendre comment ces réseaux cérébraux fonctionnent ensemble et influencent le comportement pourrait conduire à de nouveaux traitements pour aider les gens à réguler leurs réseaux cérébraux de la manière la plus efficace. »

Même si cette tâche simple n’examine peut-être pas des comportements complexes, l’étude peut servir de point de départ pour passer à des comportements et à des états d’attention plus complexes.

« Ensuite, j'aimerais étudier l'attention soutenue de manière plus naturelle », explique Seeberger. « J’espère que nous pourrons faire progresser la compréhension de l’attention et aider les gens à mieux gérer leur capacité à la contrôler, à la maintenir et à l’augmenter. »

À propos de cet intérêt et de l'actualité de la recherche en neurosciences

auteur: Jess Hunt Ralston
source: Institut de technologie de la Géorgie
communication: Jess Hunt Ralston – Institut de technologie de Géorgie
image: Image créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« La connectivité fonctionnelle variable dans le temps prédit les fluctuations de l'attention soutenue lors d'une tâche de tapotement en série« Par Dolly T. Seeberger et al. Neurosciences cognitives, affectives et comportementales

un résumé

La connectivité fonctionnelle variable dans le temps prédit les fluctuations de l'attention soutenue lors d'une tâche de tapotement en série

Les mécanismes par lesquels les réseaux cérébraux à grande échelle contribuent à une attention soutenue sont inconnus. L'attention fluctue d'un instant à l'autre, et ce changement constant correspond à des changements dynamiques dans la connectivité fonctionnelle entre les réseaux cérébraux impliqués dans l'attribution de l'attention endogène et exogène.

Dans cette étude, nous avons étudié comment l’activité du réseau cérébral varie selon différents niveaux d’attention (c’est-à-dire les « régions »).

Les participants ont effectué une tâche en tapant du doigt et, guidés par des recherches antérieures, la performance ou l'état dans la zone a été défini par une variabilité réduite du temps de réaction et hors zone par l'inverse. Les sessions dans la zone ont tendance à avoir lieu plus tôt dans la session que les blocs hors zone. Cela n’est pas surprenant étant donné la façon dont l’intérêt fluctue au fil du temps.

En utilisant une nouvelle méthode de connectivité fonctionnelle variable dans le temps, appelée analyse de modèle quasi-périodique (c'est-à-dire des fluctuations fiables à basse fréquence au niveau du réseau), nous avons constaté que l'activité entre le réseau en mode par défaut (DMN) et le réseau de tâches positives (TPN) ) est significativement plus résistant à la corrélation dans les cas intrarégionaux que dans les cas extérieurs à la région.

D’ailleurs, c’est le basculement du réseau de contrôle fronto-pariétal (FPCN) qui distingue les deux états de la région. L'activité dans le réseau d'attention dorsale (DAN) et le DMN était désynchronisée dans les deux conditions régionales.

Pendant les périodes hors zone, le FPCN se synchronise avec le DMN, tandis que pendant les périodes en zone, le FPCN passe en synchronisation avec le DAN. En revanche, le réseau d'attention ventral (VAN) se synchronise plus étroitement avec le DMN pendant les périodes dans la zone que pendant les périodes hors zone.

Ces résultats démontrent que la connectivité fonctionnelle variable dans le temps des fluctuations de basse fréquence à travers différents réseaux cérébraux varie en fonction des fluctuations de l'attention soutenue ou d'autres processus qui changent au fil du temps.