Lorsque le cerveau est sous pression, certains signaux neuronaux se mettent à osciller de manière synchrone, à l’instar d’un orchestre bien rodé. Une nouvelle étude menée à l’université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) montre pour la première fois que cette synchronisation neuronale s’adapte avec souplesse à différentes situations et que cette coordination dynamique est étroitement liée aux capacités cognitives.

« Des signaux spécifiques dans la région frontale moyenne du cerveau sont mieux synchronisés chez les personnes ayant des capacités cognitives élevées, en particulier pendant les phases de réflexion exigeantes », explique le professeur Anna-Lena Schubert de l’Institut de psychologie de l’université Johannes Gutenberg, premier auteur de l’étude, qui a été publiée récemment dans le Journal of Experimental Psychology (Journal de la psychologie expérimentale) : General. Les chercheurs se sont concentrés sur la région frontale moyenne du cerveau et sur la coordination mesurable des ondes dites thêta. Ces ondes cérébrales oscillent entre quatre et huit hertz et font partie des fréquences neuronales les plus lentes. « Elles ont tendance à se produire lorsque le cerveau est particulièrement sollicité, par exemple lorsque nous nous concentrons ou lorsque nous devons contrôler consciemment notre comportement », explique Schubert, qui dirige le laboratoire d’analyse et de modélisation des données complexes à l’université de Guernesey.

Les personnes dont la connectivité thêta est plus forte dans la région frontale moyenne sont souvent mieux à même de se concentrer malgré les distractions

Les 148 participants à l’étude, âgés de 18 à 60 ans, ont d’abord passé des tests pour évaluer leur mémoire et leur intelligence avant que leur activité cérébrale ne soit enregistrée par électroencéphalographie (EEG). Cette procédure mesure de minuscules signaux électriques dans le cerveau à l’aide d’électrodes fixées sur le cuir chevelu et constitue une technique éprouvée pour obtenir des informations précises sur les processus cognitifs. Pendant l’enregistrement EEG, les participants ont effectué trois tâches mentalement exigeantes conçues pour évaluer le contrôle cognitif.

Les chercheurs se sont intéressés à la capacité des participants à passer avec souplesse d’une règle à l’autre, ce qui est un aspect essentiel du traitement intelligent de l’information. Par exemple, les participants devaient appuyer sur un bouton pour décider si un nombre était pair ou impair et, peu après, s’il était supérieur ou inférieur à cinq. Chaque changement de règle nécessitait un ajustement rapide des stratégies mentales, un processus qui a permis aux chercheurs d’observer de près la coordination des réseaux dans le cerveau en temps réel.

Résultat : les individus aux capacités cognitives supérieures présentaient une synchronisation particulièrement forte des ondes thêta à des moments cruciaux, notamment lors de la prise de décision. Leur cerveau était plus à même de maintenir une pensée concentrée lorsque cela était important. « Les personnes dont la connectivité thêta est plus forte dans la région frontale moyenne sont souvent plus aptes à se concentrer et à bloquer les distractions, qu’il s’agisse d’un téléphone portable qui vibre pendant qu’elles travaillent ou d’un livre qu’elles essaient de lire dans une gare très fréquentée », a expliqué M. Schubert.

L’étude fournit des indications importantes sur le fonctionnement neuronal de l’intelligence

La professeure Anna-Lena Schubert a été particulièrement surprise par le lien étroit entre la coordination des rythmes cérébraux et les capacités cognitives. « Nous ne nous attendions pas à ce que le lien soit aussi clair », a-t-elle déclaré. Le facteur décisif n’est pas la synchronisation continue, mais la capacité du cerveau à ajuster sa synchronisation de manière flexible et contextuelle, comme un orchestre qui suit un chef expérimenté. La région médiofrontale donne souvent le ton de cette coordination, mais elle travaille en collaboration avec d’autres zones du cerveau. Cette connectivité thêta médiofrontale semble être particulièrement importante lors de la prise de décisions, mais pas lors de la préparation mentale à de nouvelles règles de travail.

Les études EEG antérieures sur les performances cognitives ont principalement examiné l’activité dans des régions cérébrales isolées. En revanche, cette étude a adopté une approche basée sur les réseaux et a examiné la manière dont différentes zones interagissent au cours de tâches multiples afin d’identifier des modèles stables et globaux. Les résultats montrent que les différences individuelles dans les performances cognitives sont liées au comportement dynamique du réseau cérébral. Selon les chercheurs, les applications potentielles telles que les outils de formation ou de diagnostic basés sur le cerveau sont encore loin. Toutefois, l’étude fournirait des bases importantes pour comprendre le fonctionnement de l’intelligence au niveau neuronal. Une étude de suivi, pour laquelle des participants âgés de 40 ans et plus de la région Rhin-Main sont actuellement recrutés, examinera quels facteurs biologiques et cognitifs soutiennent en outre ce type de coordination cérébrale efficace et quel rôle jouent d’autres capacités cognitives telles que la vitesse de traitement et la mémoire de travail.