Comment et pourquoi les humains pensent-ils et agissent-ils de la même manière que nous? Pour répondre à cette question, le Dr Paul Badcock et ses collègues ont récemment proposé une théorie du cerveau humain qui combine des preuves de la psychologie évolutionniste et développementale, des neurosciences et de la biologie. Cette théorie postule que le cerveau humain est un système adaptatif complexe, composé de structures relativement spécialisées et générales qui fonctionnent en tandem pour générer des réponses adaptatives à l’environnement. On peut soutenir que leur modèle d’Esprit hiérarchiquement mécaniste (HMM) nous rapproche d’une compréhension globale du cerveau.

Le désir de comprendre la plus grande énigme de toutes – notre propre esprit – a été le moteur de nombreux efforts scientifiques, conduisant au développement de théories et d’expériences visant à expliquer les mécanismes de l’être humain. Les pensées, les sentiments et les comportements humains sont enracinés dans le cerveau, où un réseau complexe de cellules reçoit des informations de l’environnement interne et externe, transformant ces informations en notre expérience de nous-mêmes, du monde qui nous entoure et de nos relations avec lui. Il va sans dire que la façon dont cela se produit est encore à l’étude.

Par rapport à ceux d’avant, le 21e siècle a été le témoin d’énormes progrès dans notre compréhension du cerveau. La recherche est toujours en cours, bien sûr, bien que maintenant plus œcuménique que jamais – réunissant des domaines qui ont longtemps été divisés. À la pointe des progrès de la recherche synthétique et interdisciplinaire, le groupe dirigé par le Dr Paul Badcock a récemment proposé un modèle du cerveau qui synthétise les principaux paradigmes de la psychologie, des neurosciences et de la biologie pour expliquer pourquoi et comment nous pensons et agissons comme nous le faisons.

Leur hypothèse, appelée l’Esprit Hiérarchiquement Mécaniste (HMM), combine deux affirmations établies. La première affirmation, formulée par le collègue du Dr Badcock, le professeur Karl Friston, postule que le cerveau humain est une « machine de prédiction » hiérarchique qui s’efforce d’améliorer son modèle du monde en générant des cycles adaptatifs de perception et d’action qui fonctionnent en synergie pour réduire notre incertitude sur l’environnement. La deuxième affirmation, basée sur les célèbres quatre questions d’éthologie de Tinbergen, propose que pour comprendre les pensées et les comportements humains, des hypothèses doivent être développées et testées à plusieurs niveaux d’analyse en science psychologique. En d’autres termes, les chercheurs cherchant à expliquer les traits psychologiques devraient s’efforcer de comprendre pourquoi un trait donné pourrait être adaptatif, ainsi que comment il émerge de l’interaction dynamique entre les processus mécanistes évolutifs, développementaux et en temps réel.

La façon dont le cerveau est câblé
Le HMM est construit sur l’idée que le cerveau est composé de composants distincts qui ont des fonctions différentes et qui échangent des informations de manière hiérarchique et intégrée. Par exemple, certaines parties du cerveau sont responsables du traitement des stimuli sensoriels et du contrôle de certains types de mouvements, tandis que d’autres parties du cerveau, comme le cortex préfrontal, intègrent et agissent sur les informations traitées ailleurs pour générer des décisions exécutives. Les éléments plus petits et plus spécialisés sont encapsulés dans des éléments plus grands pour des fonctionnalités combinées, agissant dans une sorte de hiérarchie qui crée des dépendances entre les structures. Cette architecture se caractérise par deux types de traitement: traitement fonctionnel spécialisé qui se produit sur une courte distance, dans une région neuronale dense et ciblée; combiné à une intégration fonctionnelle globale qui se produit sur de plus longues distances entre les structures. En d’autres termes, nos pensées, nos sentiments et nos actions sont déterminés par l’intégration complexe et à longue distance de processus localisés, créés par des populations spécialisées de cellules connectées à d’autres régions qui remplissent chacune des fonctions différentes.

Preuves de cette architecture
L’idée que le cerveau est construit à partir de composants distincts mais collaboratifs est reconnue depuis longtemps et est étayée par de nombreux supports empiriques. Les rapports résumant les résultats des données de neuroimagerie ont fourni un soutien clair pour le continuum entre les processus spécifiques au domaine et généraux au domaine dans le cerveau, démontrant que les régions neuronales individuelles remplissent des fonctions distinctes et interagissent avec différentes régions dans différents contextes, en fonction des exigences de la tâche à accomplir. D’autres recherches ont montré qu’un réseau de neurones peut être représenté comme une collection de nœuds et d’arêtes, qui représentent les structures cérébrales et leurs connexions. Des études de connectivité structurelle et fonctionnelle ont montré que chaque structure cérébrale fait partie d’un réseau distinct de connexions hiérarchiques avec d’autres structures neuronales, ce qui permet au cerveau d’optimiser l’équilibre délicat entre le traitement local et spécialisé et la fonction cérébrale globale. Notamment, des études animales ont également démontré qu’une structure hiérarchique est une caractéristique du cerveau des mammifères.

Comment et pourquoi les humains pensent-ils et agissent-ils de la même manière que nous?

Le fonctionnement du cerveau
Les preuves les plus solides à l’appui de l’architecture cérébrale proposée proviennent d’approches de codage prédictif en neurosciences, ainsi que d’études basées sur la théorie des graphes en neurosciences des réseaux. Cela fournit une explication fonctionnelle de la structure hiérarchique du cerveau. Plus précisément, le paradigme du codage prédictif propose que le cerveau est une machine d’inférence, qui tente d’améliorer ses prédictions sur le monde en réduisant les écarts entre ce qu’il attend et ce qu’il vit. Selon cette perspective, le cerveau incarne littéralement une hiérarchie d’hypothèses sur le monde basées sur des impératifs évolutifs et des observations expérimentales et savantes, qui sont censées être codées par des cellules pyramidales profondes et spécialisées. Le cerveau contient également des informations sur les erreurs de prédiction, codées par des cellules pyramidales superficielles, qui sont utilisées pour réviser les attentes de bas en haut. L’influence relative des prédictions descendantes par rapport aux signaux d’erreur ascendants est affinée par leur « précision », qui découle de processus cognitifs tels que la sélection attentionnelle et l’atténuation sensorielle qui garantissent que les individus ne s’enregistrent pas perpétuellement et ne répondent pas à tous les stimuli qu’ils reçoivent.

Les origines du cerveau
La théorie des systèmes évolutifs sur laquelle repose le HMM propose que le cerveau est un système adaptatif complexe qui a émergé de l’influence de la sélection agissant sur la dynamique des phénotypes humains sur différentes échelles de temps. Les régions primitives et hautement spécialisées qui occupent les couches les plus basses de la hiérarchie corticale ont émergé de l’influence de la sélection naturelle au cours du temps évolutif; les influences épigénétiques et l’évolution culturelle façonnent la dynamique neuronale au fil des générations; des différences individuelles dans la forme et la fonction neuronales apparaissent au cours du développement; et différents modèles de cognition et de comportement émergent des mécanismes neuronaux qui répondent de manière flexible à différents contextes. D’une part, cela signifie que le cerveau comprend des régions anciennes, relativement « spécifiques à un domaine », qui reflètent des adaptations canalisées par la sélection naturelle; d’autre part, il comprend des réseaux relativement récents, hautement intégrés ou « généraux du domaine », hautement plastiques, sensibles aux changements de développement, qui nous permettent d’en apprendre davantage sur nos environnements en constante évolution et d’y répondre avec souplesse. De cette façon, l’évolution et le développement fonctionnent ensemble afin d’affiner nos prédictions neurocognitives sur le monde et, par extension, d’améliorer notre capacité à réduire notre incertitude ou notre surprise.

The HMM and depression

Le groupe de Badcock a appliqué ce modèle à la dépression, en commençant par considérer la dépression comme un trait adaptatif.

Pour illustrer, le groupe du Dr Badcock a appliqué le HMM à la dépression, en commençant par considérer notre capacité d’humeur dépressive comme un trait adaptatif. Bien qu’ils reconnaissent que la dépression est une condition hétérogène qui résulte d’une gamme de causes, ils proposent que les niveaux légers à modérés d’humeur dépressive que nous éprouvons tous de temps en temps peuvent être largement décrits comme un trait d’adaptation qui se produit lorsque les individus sont particulièrement vulnérables à des résultats sociaux défavorables, tels que le rejet, la défaite ou la perte. Ici, ils s’appuient sur des preuves de grande envergure qui répondent aux quatre questions de Tinbergen pour suggérer que la dépression reflète une stratégie évoluée et « opposée au risque » qui répond de manière adaptative aux conditions sociales nocives
(par exemple, l’exclusion) en minimisant la probabilité d’échanges interpersonnels imprévisibles. Il atteint cette fonction évoluée en provoquant des changements adaptatifs dans la perception, comme augmenter la sensibilité d’une personne aux risques sociaux, et des actions, comme le retrait social et la recherche d’aide. L’idée de base ici est que la dépression réduit notre incertitude sur le monde social en veillant à ce que nous nous comportions de manière à attirer le soutien et à éviter les conflits ou les mauvaises surprises. Comme prédit par le HMM, il existe de nombreuses recherches pour montrer comment cet état dépressif dépend des interactions hiérarchiques entre des régions distinctes du cerveau, dont beaucoup sont responsables du traitement de la menace sociale et de la récompense.

Vers l’avenir
Alors que le HMM est une étape vers l’intégration des connaissances existantes dans une théorie complète expliquant le système le plus complexe connu de l’homme, son développement ne fait que commencer. La valeur scientifique de cette théorie dépend finalement des hypothèses et des preuves qu’elle génère. Au cœur du HMM est la nécessité de développer des hypothèses testables qui rassemblent des connaissances couvrant les diverses sous-disciplines de la psychologie avec des théories et des méthodes tirées des neurosciences. Combler ces divisions transdisciplinaires a longtemps été un défi, mais le Dr Badcock et ses collègues espèrent que leur modèle jettera de nouvelles bases sur lesquelles bâtir.