18 Juillet: jour de libération fiscale, rire quand même!

POURQUOI NE PEUT-ON PAS SE CHATOUILLER SOI-MÊME?

Lorsque vous vous grattez la plante de pied ou que vous frottez vos aisselles sous la douche, cela ne provoque probablement pas de réaction particulière en vous. Pourtant, si cette même stimulation tactile venait de quelqu’un d’autre, elle serait perçue comme une chatouille. Ce phénomène, bien connu de tous, soulève une question intrigante: pourquoi est-il si difficile de se chatouiller soi-même?

À première vue, cette interrogation peut sembler anodine, mais elle révèle un mécanisme fondamental du système nerveux: la prédiction. Le cerveau n’est en effet pas un simple récepteur passif d’informations sensorielles. Il anticipe activement l’état du monde extérieur ainsi que l’état interne du corps afin de sélectionner les actions les plus appropriées. Cette capacité prédictive lui permet de filtrer les informations: les sensations inattendues, susceptibles de signaler un danger ou une nouveauté, retiennent particulièrement notre attention, tandis que les sensations prévisibles sont ignorées.

La difficulté à se chatouiller soi-même illustre parfaitement ce principe de cerveau prédictif. Pour réaliser un mouvement, le cerveau envoie une commande aux muscles et, simultanément, une copie de cette commande (appelée" copie d’efférence") est transmise à d’autres aires cérébrales, notamment le cervelet. Ce dernier anticipe alors les conséquences sensorielles du mouvement en créant une sorte de simulation interne, quelques centaines de millisecondes à l’avance, de façon inconsciente mais extrêmement précise. Cette prédiction permet de différencier une sensation prévisible, générée par le corps lui-même, d’une sensation inattendue.

Par exemple, si vous manquez une marche en descendant les escaliers, la discordance entre le contact anticipé et la réalité permet de corriger le mouvement très rapidement, avant même que votre pied ne touche le sol. Les prédictions du cerveau filtrent ainsi les perceptions sensorielles en sélectionnant les stimuli pertinents, évitant à notre capacité attentionnelle – très limitée – d’être submergée par une surcharge d’informations.

Si vous échouez à vous chatouiller vous-même, c’est donc parce que votre cerveau prédit parfaitement la sensation cutanée à venir et l’atténue. En revanche, lorsqu’une autre personne vous chatouille, le stimulus n’est pas anticipé de façon aussi précise: l’information sensorielle passe à travers le filtre et est donc perçue avec plus d’intensité.

Des études expérimentales confirment ce mécanisme: lorsque des participants se chatouillent eux-mêmes par l’intermédiaire d’un bras robotisé qui reproduit exactement leurs mouvements, la sensation de chatouille est atténuée. Cependant, si le mouvement du dispositif est légèrement décalé (par un délai ou une rotation), la sensation de chatouille devient plus intense. Ces résultats, fondés sur le ressenti subjectif des participants, sont également corroborés par des données d’imagerie cérébrale.

Ainsi, pour un même stimulus tactile, l’activité du cortex somatosensoriel (zone du cerveau responsable de la perception du toucher) est plus élevée lorsque la stimulation est externe que lorsqu’elle est auto générée. Ce contraste suggère que le cervelet anticipe nos propres gestes et atténue l’intensité des sensations qui en découlent.

Ce schéma illustre le protocole expérimental ayant permis de mettre en évidence l’atténuation sensorielle dans le cas des chatouilles. Les participants manipulent un levier avec la main gauche, tandis qu’un bras robotisé reproduit le mouvement en touchant doucement la paume de leur main droite, soit de manière identique (cas I), soit avec un léger décalage (cas II). Lorsque le mouvement est correctement anticipé (cas I), la sensation est atténuée.

En revanche, elle est perçue avec davantage d’intensité en présence d’un décalage (cas II). François Dernoncourt

L’ATTENUATION SENSORIELLE FAÇONNE NOTRE PERCEPTION

Le principe d’atténuation des sensations produites par nos propres mouvements est omniprésent dans notre interaction avec le monde. Restons tout d’abord dans le domaine des perceptions somesthésiques – notre sens du toucher et du mouvement. Il a été démontré que l’atténuation sensorielle nous conduit à sous-estimer la force que nous exerçons. Ce biais perceptif pourrait contribuer à" l’escalade de la violence" que l’on observe parfois entre deux enfants qui chahutent. En effet, deux enfants qui jouent à la bagarre sous-estiment chacun la force qu’ils déploient, et ont l’impression que leur partenaire répond avec une intensité supérieure. Dans une logique de réciprocité, ils vont avoir tendance à progressivement augmenter la force de leurs coups, pensant seulement répliquer la force de l’autre.

Le second exemple concerne cette fois le sens de la vision. Bien que nos yeux soient constamment en mouvement, nous percevons un monde stable. Pourtant, les seules informations visuelles ne permettent pas de faire la distinction entre le scénario où l’on balaie un paysage du regard et le scénario où le paysage tourne autour de nous alors que nous gardons le regard fixe – ces deux situations produisent des images identiques sur la rétine. Le fait que nous percevons un monde stable s’explique par le fait que le système nerveux anticipe les changements d’images induits par les mouvements oculaires et filtre les informations autogénérées.

Pour l’expérimenter, fermez un œil, et appuyez légèrement sur le côté de l’autre œil en le gardant ouvert (à travers la paupière bien sûr). Cette manipulation crée une légère rotation de l’œil qui n’est pas générée par les muscles oculaires, donnant l’impression que le monde extérieur se penche légèrement.

Cette illustration montre que la rotation du paysage autour de nous et la rotation de nos yeux produisent toutes deux la même image sur la rétine. Pour différencier ces deux situations, le cerveau" soustrait" le mouvement qu’il sait être dû à nos propres yeux, car il a lui-même envoyé une commande motrice à nos muscles oculaires. Ainsi, lorsque la rotation est autogénérée, nous continuons à percevoir le monde extérieur comme fixe et stable. François Dernoncourt

MIEUX COMPRENDRE CERTAINES PATHOLOGIES?

Le modèle du cerveau prédictif offre un cadre conceptuel intéressant pour comprendre certaines pathologies. En effet, une défaillance dans la capacité du système nerveux à prédire et atténuer les conséquences sensorielles de ses propres actions pourrait contribuer à des symptômes observés dans certaines maladies mentales. Par exemple, il a été constaté que l’atténuation sensorielle est souvent moins marquée chez les patients schizophrènes – et qu’ils sont d’ailleurs capables de se chatouiller eux-mêmes, dans une certaine mesure. Cela pourrait expliquer pourquoi ces patients perçoivent parfois leurs propres mouvements comme provenant d’une source externe, dissociée de leur volonté. De même, des monologues intérieurs qui ne sont pas suffisamment atténués pourraient être à l’origine des hallucinations auditives, où la voix perçue semble venir de l’extérieur.

Ainsi, une question aussi simple et amusante que celle des chatouilles peut, lorsqu’on la prend au sérieux, révéler des mécanismes profonds de notre cerveau, et contribuer à une meilleure compréhension de notre rapport au monde.

Auteur:  François Dernoncourt -  Doctorant en Sciences du Mouvement Humain, Université Côte d’Azur

The Conversation - CC BY ND

 

Sept idées fausses sur la physique quantique

Depuis de nombreuses années, je vulgarise la physique quantique, mon domaine de recherche. La "quantique" fascine le grand public. Elle intimide aussi. Les vulgarisateurs en jouent d’ailleurs parfois. Les couvertures de revues et de livres exploitent souvent son côté mystérieux: "L’ultime secret de la physique quantique enfin dévoilé , "La vie serait quantique!", "On pense tous quantique"…

Tout cela n’est pas sans conséquence. De nombreuses fausses idées se propagent sur ce domaine de la physique. Je vous en propose sept parmi celles que j’entends le plus souvent, sept idées qui entretiennent des mythes mais ne résistent pas à l’épreuve des faits.

Rassurez-vous, pas besoin de s’y connaître en physique quantique pour lire ce qui suit, puisque je vous dirai plutôt ce que la quantique… n’est pas!

1". La quantique, c’est le monde de l’incertitude"

C’est faux! La physique quantique est actuellement probablement la discipline scientifique la plus précise que l’humanité ait jamais conçue. Elle est capable de prévoir certaines propriétés avec une précision de 10 chiffres après la virgule, ensuite vérifiée par l’expérience précisément! C’est le cas par exemple des mesures de constante de structure fine, ou d’effet Hall quantique. À titre de comparaison, cela reviendrait à être capable, lors d’une épreuve de saut en longueur, de prévoir en observant juste la course et l’élan d’un athlète où il va atterrir au milliardième de mètre près!

Cette fausse idée vient entre autres du "principe d’incertitude" d’Heisenberg, une notion souvent mal vulgarisée qui laisse penser à tort que la quantique n’est pas précise. Ce principe, qu’Heisenberg lui-même préférait appeler " principe d’indétermination ", montre qu’il existe une limite à la précision de la mesure de deux quantités en même temps, par exemple la vitesse et la position d’une particule. Sans rentrer dans les détails, cette indétermination vient un peu de la même raison qui fait qu’il est difficile de dire précisément où se trouve une vague dans la mer, vu qu’elle est forcément un peu étalée. Mais si on utilise la physique quantique pour calculer d’autres quantités, comme l’énergie des atomes, ou leur magnétisme, elle est alors d’une redoutable précision. Il faut juste bien choisir ce que l’on veut prédire.

2". Pas possible de représenter la quantique en images "

La physique quantique décrit des objets souvent " bizarres " et difficiles à illustrer: fonctions d’onde, superpositions d’état, probabilités de présence, nombres complexes… Souvent, on entend dire qu’ils ne sont compréhensibles qu’avec des équations et des symboles mathématiques. Pourtant, dés qu’on l’enseigne ou qu’on la vulgarise, nous, physiciens, n’avons de cesse de la représenter, à l’aide de courbes, de tracés, de métaphores, de projections… C’est bien simple: je ne connais pas de cours de quantique sans images. Certains livres sont même entièrement consacrés à la mise en image de la quantique. Et heureusement, car les images sont nécessaires à l’étudiant et même au physicien aguerri pour se faire une représentation mentale des objets qu’il manipule. Si l’on interroge les chercheurs du domaine, ils reconnaissent eux-mêmes " imaginer " la matière quantique.

Les pliages permettent d'imaginer ce que pourrait être les particules quantiques

Le point qui fait débat, c’est la rigueur de ces images: il est en effet difficile de représenter rigoureusement un objet quantique. Mais n’est-ce pas le cas dans bien des champs de la science? Une image d’atomes par un microscope à effet tunnel n’est qu’une représentation du courant tunnel impliquant de nombreux choix arbitraires, les couleurs, les ombres, etc..

D’où vient l’amnésie précoce?

Selon la première théorie, proposée par Nora Newcombe et ses collaborateurs en 2007, c’est l’immaturité de l’hippocampe qui serait en cause. Tant que cette structure cérébrale n’aurait pas achevé son développement, la mise en place d’une mémoire épisodique serait impossible. En d’autres termes, si nous n’avons pas de souvenirs épisodiques d’avant nos 2 ans, c’est parce que nous n’en créons pas avant cet âge.

Ce n’est toutefois pas ce que postule la seconde théorie, proposée par Sheena Josselyn et Paul Frankland en 2012. Pour eux, tout s’explique par la neurogenèse, c’est-à-dire par la création de nouveaux neurones, qui se produit dès après la naissance dans l’hippocampe. Et comme en témoigne l’augmentation de volume de cette structure cérébrale, elle est particulièrement importante pendant la petite enfance.

D’après cette seconde théorie, l’hippocampe participerait dès le plus jeune âge à la création de nouveaux souvenirs. Mais la neurogenèse viendrait perturber cette capacité. Des neurones existants étant remplacés par de nouveaux neurones, l’accès aux souvenirs précédemment stockés par les premiers pourrait être perdu – tout comme lors de la mise à jour du système d’un ordinateur, il est impossible d’ouvrir de vieux logiciels.

UNE THEORIE SYNTHETIQUE

La troisième théorie, proposée par Cristina Alberini et Alessio Travaglia en 2017, constitue en quelque sorte une synthèse des deux autres, en faisant de la petite enfance une période critique, pendant laquelle le cerveau, et en particulier l’hippocampe, "apprend" progressivement à créer des souvenirs et à les rappeler.

Durant ce moment précis du développement, la plasticité du cerveau est en effet maximale: il peut aisément réorganiser et modifier les connexions entre ses neurones. C’est ce qui en fait une période critique, dans le registre de la mémoire sémantique, pour l’apprentissage des langues. Or d’après Cristina Alberini et Alessio Travaglia, c’est également une période critique pour l’apprentissage de la mise en mémoire et du rappel d’épisodes de vie.

Cette troisième théorie s’accorde donc avec la première, en considérant que le développement de l’hippocampe n’est pas achevé dans la petite enfance: il lui faut mûrir pour autoriser le traitement, la consolidation et un stockage stable d’informations se rapportant à un événement précis (le contexte, le lieu, la date).

Elle est aussi compatible avec l’idée d’une neurogenèse perturbant les circuits de la mémoire épisodique, et rendant impossible le rappel de souvenirs formés au plus jeune âge. En postulant que loin d’être perdus à tout jamais, ces souvenirs précoces pourraient demeurer en suspens en étant stockés dans le cerveau sous une forme latente: on ne peut pas se rappeler l’événement (on l’a oublié), mais pour autant, il en reste une trace dans le cerveau, ré-activable par l’exposition à des stimuli appropriés.

UN PARADOXE QUE L’ON PEUT EXPLIQUER

Ainsi, l’amnésie infantile pourrait s’expliquer par la période d’apprentissage que constitue la petite enfance pour l’hippocampe. Quant à l’impact d’événements traumatiques précoces sur le développement cognitif en l’absence de souvenirs, bien qu’a priori paradoxal, on peut le justifier par trois arguments.

Le premier tient compte de l’apprentissage "émotionnel", lequel dépend d’une structure cérébrale – l’amygdale – arrivant à maturation bien avant l’hippocampe: lorsque des événements traumatiques surviennent pendant la petite enfance, nous n’en gardons pas forcément le souvenir, mais ils n’en ont pas moins des effets persistants sur le cerveau, en raison de l’activité de l’amygdale.

Le second argument est lié à l’idée de souvenirs précoces conservés sous une forme latente: bien qu’inaccessibles au rappel, les traces laissées dans la mémoire par des épisodes traumatiques pourraient avoir une certaine influence sur le développement cognitif.

Enfin, le dernier argument tient à la plasticité cérébrale, et plus précisément, à l’importance de ce processus lors de la période critique de la petite enfance. Un événement traumatique précoce pourra ainsi impacter sur le long terme la trajectoire " normale " de développement du cerveau. Plus il est précoce, plus ses effets seront potentiellement importants, car la trajectoire restante est plus longue – autrement dit le développement restant à effectuer est plus conséquent.

Une dernière interrogation, en guise de conclusion: si nos souvenirs précoces demeurent dans le cerveau sous une forme latente, ne peut-on pas imaginer de les réactiver pour les rappeler à notre mémoire?

Cela semble possible sur le papier, avec des techniques comme l’optogénétique qui permettent de stimuler certains neurones génétiquement modifiés à l’aide de rayons lumineux, pour conduire au rappel de souvenirs. Mais si elles sont expérimentées chez l’animal, de telles applications sont encore hors de portée chez l’être humain. Doit-on le déplorer ou au contraire s’en réjouir?