Depuis près d’une décennie, une équipe de chercheurs du Laboratoire d’informatique et d’intelligence artificielle (CSAIL) du MIT cherche à découvrir pourquoi certaines images persistent dans l’esprit des gens, tandis que beaucoup d’autres s’estompent. Pour ce faire, ils ont entrepris de cartographier la dynamique cérébrale spatio-temporelle impliquée dans la reconnaissance d’une image visuelle. Et maintenant, pour la première fois, les scientifiques ont exploité les atouts combinés de la magnétoencéphalographie (MEG), qui capture le timing de l’activité cérébrale, et de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), qui identifie les régions actives du cerveau, pour déterminer avec précision quand et où les processus cérébraux se déroulent. une image mémorable.
Leur étude en libre accès, publié ce mois-ci dans Biologie PLOS, a utilisé 78 paires d’images correspondant au même concept mais différant par leurs scores de mémorisation : l’une était très mémorable et l’autre facile à oublier. Ces images ont été présentées à 15 sujets, avec des scènes de skateboard, des animaux dans divers environnements, des objets du quotidien comme des tasses et des chaises, des paysages naturels comme des forêts et des plages, des scènes urbaines de rues et de bâtiments et des visages affichant différentes expressions. Ils ont découvert qu’un réseau de régions cérébrales plus distribué qu’on ne le pensait est activement impliqué dans les processus d’encodage et de rétention qui sous-tendent la mémorisation.
« Les gens ont tendance à mieux se souvenir de certaines images que d’autres, même lorsqu’elles sont conceptuellement similaires, comme différentes scènes d’une personne faisant du skateboard », explique Benjamin Lahner, doctorant au MIT en génie électrique et informatique, affilié au CSAIL et premier auteur de l’étude. étude. « Nous avons identifié une signature cérébrale de mémorisation visuelle qui apparaît environ 300 millisecondes après avoir vu une image, impliquant des zones du cortex occipital ventral et du cortex temporal, qui traitent des informations telles que la perception des couleurs et la reconnaissance des objets. Cette signature indique que les images hautement mémorables provoquent des réponses cérébrales plus fortes et plus soutenues, en particulier dans des régions comme le cortex visuel précoce, que nous sous-estimions auparavant dans le traitement de la mémoire.
Alors que les images très mémorables maintiennent une réponse plus élevée et plus soutenue pendant environ une demi-seconde, la réponse aux images moins mémorables diminue rapidement. Cette idée, a expliqué Lahner, pourrait redéfinir notre compréhension de la façon dont les souvenirs se forment et persistent. L’équipe estime que cette recherche recèle un potentiel pour de futures applications cliniques, en particulier dans le diagnostic précoce et le traitement des troubles liés à la mémoire.
La méthode de fusion MEG/IRMf, développée dans le laboratoire d’Aude Oliva, chercheuse principale au CSAIL, capture habilement la dynamique spatiale et temporelle du cerveau, surmontant les contraintes traditionnelles de spécificité spatiale ou temporelle. La méthode de fusion a bénéficié de l’aide de son amie l’apprentissage automatique, pour mieux examiner et comparer l’activité du cerveau lorsque l’on regarde diverses images. Ils ont créé une « matrice de représentation », qui ressemble à un tableau détaillé, montrant à quel point les réponses neuronales sont similaires dans diverses régions du cerveau. Ce tableau les a aidés à identifier les schémas indiquant où et quand le cerveau traite ce que nous voyons.
La sélection de paires d’images conceptuellement similaires avec des scores de mémorisation élevés et faibles était l’ingrédient crucial pour débloquer ces informations sur la mémorisation. Lahner a expliqué le processus d’agrégation des données comportementales pour attribuer des scores de mémorisation aux images, où ils ont organisé un ensemble diversifié d’images à haute et faible mémorisation avec une représentation équilibrée dans différentes catégories visuelles.
Malgré les progrès réalisés, l’équipe note quelques limites. Bien que ces travaux puissent identifier les régions du cerveau présentant des effets significatifs sur la mémorisation, ils ne peuvent pas élucider la fonction de ces régions quant à la manière dont elles contribuent à un meilleur codage/récupération de la mémoire.
« Comprendre les fondements neuronaux de la mémorabilité ouvre des voies passionnantes pour des progrès cliniques, en particulier dans le diagnostic et le traitement précoce des troubles liés à la mémoire », explique Oliva. « Les signatures cérébrales spécifiques que nous avons identifiées pour leur mémorisation pourraient conduire à des biomarqueurs précoces de la maladie d’Alzheimer et d’autres démences. Cette recherche ouvre la voie à de nouvelles stratégies d’intervention finement adaptées au profil neuronal de l’individu, transformant potentiellement le paysage thérapeutique des troubles de la mémoire et améliorant considérablement les résultats pour les patients.
« Ces résultats sont passionnants car ils nous donnent un aperçu de ce qui se passe dans le cerveau entre la vision de quelque chose et sa sauvegarde en mémoire », explique Wilma Bainbridge, professeur adjoint de psychologie à l’Université de Chicago, qui n’a pas participé à l’étude. « Les chercheurs ici détectent un signal cortical qui reflète ce qu’il est important de retenir et ce qui peut être oublié dès le début. »
Lahner et Oliva, qui est également directeur de l’engagement stratégique de l’industrie au MIT Schwarzman College of Computing, directeur du MIT-IBM Watson AI Lab et chercheur principal du CSAIL, se joignent à la professeure adjointe de l’Université Western Yalda Mohsenzadeh et à la chercheuse de l’Université York Caitlin Mullin. sur le papier. L’équipe reconnaît une subvention d’instrument partagé des National Institutes of Health, et leurs travaux ont été financés par la bourse de recherche Vannevar Bush via une subvention du Bureau de recherche navale, un prix de la National Science Foundation, un prix de l’Initiative de recherche universitaire multidisciplinaire via une subvention du Bureau de recherche de l’armée. , et la bourse EECS MathWorks. Leur article est publié dans Biologie PLOS.
