Des scientifiques de l'armée de terre appliquent de nouvelles techniques pour modifier l'activité cérébrale

Pour les scientifiques de l'Armée, l'objectif de la recherche en neurosciences est de poursuivre le fonctionnement interne du cerveau humain pour faire progresser la compréhension scientifique et améliorer les performances du soldat.

Les chercheurs ont récemment appliqué de nouvelles techniques pour modifier l'activité cérébrale. Non seulement ces techniques sont utilisées pour caractériser et étudier des réseaux complexes tels que les télécommunications ou les réseaux sociaux – elles décrivent comment différents nœuds ou éléments du réseau: les régions du cerveau en neurosciences ou les individus dans les réseaux sociaux, interagissent les uns avec les autres.

Le laboratoire de recherche de l'armée du Commandement de développement des capacités de combat de l'armée américaine, en collaboration avec des partenaires universitaires, a collaboré à une étude de neurostimulation, où ils ont modifié l'activité cérébrale de manière sûre et non invasive, puis ont caractérisé la dynamique de la réponse du cerveau à cette modification. Cette recherche fournit une partie des connaissances fondamentales pour les technologies futures qui pourraient un jour accélérer les processus cognitifs. Le journal Neuroscience du réseau publié les découvertes récentes.

Les chercheurs du laboratoire, les Drs. Javier Garcia, Steven Thurman et Jean Vettel, ainsi que des chercheurs de l'Université de Pennsylvanie et de l'Université de Californie, Irvine, ont étudié les questions fondamentales sur la façon dont le traitement local dans le cerveau s'harmonise avec la dynamique mondiale en utilisant la détection communautaire dynamique sur des signaux cérébraux en évolution rapide.

Une région cérébrale flexible est une région qui s'engage facilement avec d'autres régions et / ou réseaux cérébraux. En mariant ces méthodes et techniques, nous constatons qu'il existe des effets locaux (région stimulée) et globaux (cerveau entier) précis et mesurables qui parcourent des modèles oscillatoires communs dans le cerveau souvent impliqués dans des tâches liées à la vision, à l'attention et au contrôle moteur. Cela nous rapproche un peu plus de l'exploitation de la puissance de la neurostimulation pour la modification du comportement. « 

Dr Javier Garcia, Laboratoire de recherche militaire du CCDC de l'armée américaine

Les chercheurs ont combiné des techniques et des méthodes nouvelles et différentes pour ajouter à la nouveauté de leur découverte.

« Le premier est la neurostimulation, qui utilise simultanément la stimulation magnétique transcrânienne et l'électroencéphalographie », a déclaré Garcia. « (Ceci) est un type de neurostimulation qui provoque un changement de champ magnétique près de votre cuir chevelu, qui à son tour induit du courant dans tout corps conducteur à côté de lui – dans ce cas, c'est votre cerveau. »

Le courant électrique qui est injecté de manière non invasive dans votre cerveau perturbe ensuite le tir neural sur la région stimulée, mais il n'est pas clair quel type d'effets non locaux en aval cette stimulation produira, a-t-il déclaré.

« Cette méthode et les méthodes connexes sont souvent controversées car il est souvent très difficile de déterminer quel effet comportemental est réellement dû à la stimulation, et étant donné la variété des protocoles de stimulation, il est souvent difficile de déterminer la spécificité de l'effet », a déclaré Garcia. « Dans nos recherches, nous avons gardé les choses simples et pulsé quatre régions liées à l'attention et au traitement visuel toutes les quatre secondes environ. »

Ils ont associé cette stimulation à l'EEG, qui mesure le courant électrique émanant du cerveau – à travers le cuir chevelu – et inspecté les effets de la stimulation.

« Les effets de ce type spécifique de stimulation ne durent pas plus d'une seconde », a déclaré Garcia. « Pour examiner les effets sur le cerveau de cette stimulation, nous avons utilisé certaines approches de la science des réseaux, en particulier la détection dynamique des communautés. »

Cette recherche soutient la recherche actuelle du laboratoire sur les équipes d'autonomie humaine et l'objectif de fournir des produits de connaissances de base pour permettre les futures neurotechnologies en équipe adaptative.

« Dans le cadre de la recherche fondamentale humaine pour le laboratoire, nous examinons souvent les associations entre la physiologie et le comportement, constatant peut-être qu'un réseau cérébral peut être associé à un comportement particulier ou à des performances optimales dans une tâche étroite », a déclaré Garcia. « Ce type de recherche soutiendra les futures neurotechnologies adaptatives qui pourront être utilisées dans des équipes d'autonomie humaine où des erreurs de comportement peuvent être prédites et évitées ou il pourrait permettre à un agent non humain d'avoir des capacités métacognitives synthétiques pour savoir comment un membre de l'équipe se comportera dans situations particulières et évaluer les performances individuelles et d'équipe. « 

Cette recherche va au-delà de cela et fournit des connaissances fondamentales qui peuvent permettre à un robot de pousser nerveusement le cerveau pour peut-être amorcer un individu pour une tâche à venir lorsqu'un résultat particulier est nécessaire.

« Bien que technologiquement, nous soyons assez loin de ce scénario, la recherche fondamentale qui mesure l'impact des coups de pouce subtils de l'injection électrique dans le cerveau est nécessaire pour atteindre ce type de neurotechnologies associées à l'autonomie humaine », a déclaré Garcia.

La source:

Laboratoire de recherche de l'armée américaine

Référence de la revue:

Garcia, J.O., et al. (2020) Les reconfigurations au sein de communautés résonantes de régions cérébrales après TMS révèlent différentes échelles de traitement. Neuroscience du réseau. doi.org/10.1162/netn_a_00139.

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