Jonathan A. Michaels lauréat d’un prix Cerveau en tête

Les recherches révèlent comment le cerveau anticipe l’inattendu pour garder nos mouvements fluides et précis

En parcourant une foule bondée, vous faites plus que planifier vos propres pas – votre cerveau se prépare également à croiser les personnes autour de vous. De nouvelles recherches menées par Jonathan A. Michaels, au laboratoire d’Andrew Pruszynski de l’Université Western, révèlent comment le cerveau réussit ce travail d’équilibre constant. Les circuits moteurs qui contrôlent nos mouvements n’attendent pas passivement que quelque chose se passe mal; Ils se configurent activement pour anticiper et réagir rapidement et avec précision lorsqu’une perturbation se produit.

Dans cette étude, l’équipe a utilisé un appareil robotique appelé Kinarm Exoskeleton pour pousser doucement les bras des participants dans différentes directions. Des repères visuels ont indiqué aux participants la probabilité qu’une poussée provienne d’une direction donnée pour chaque essai. Les humains et les singes ont naturellement ajusté leurs mouvements en fonction de ces probabilités, et leurs muscles ont répondu plus rapidement et plus efficacement lorsque la poussée correspondait à ce que leur cerveau anticipait.

Pour découvrir l’activité cérébrale sous-jacente, les chercheurs ont utilisé des neuropixels – une sonde de pointe qui peut enregistrer à partir de milliers de neurones à la fois et qui est maintenant également utilisée chez des patients humains. Ils ont constaté que les attentes concernant une perturbation à venir sont représentées sur les circuits moteurs du cerveau comme des schémas simples et organisés d’activité neuronale qui reflètent directement la probabilité de chaque événement. Lorsqu’une poussée arrive, un signal rapide à usage général ‘quelque chose s’est passé’ active le système moteur, lui permettant de commencer à répondre avant même que la direction précise de la poussée n’ait été résolue. Les modèles informatiques du bras, entraînés dans des conditions similaires, ont appris par eux-mêmes la même stratégie prédictive, confirmant qu’il s’agit d’un moyen efficace pour le cerveau de contrôler les mouvements.

Les implications vont bien au-delà du laboratoire. En identifiant les attentes comme un ingrédient de base d’un mouvement stable, ce travail indique de nouvelles directions pour la réadaptation des accidents vasculaires cérébraux et des blessures – où l’objectif pourrait être d’aider les patients à restaurer la configuration prédictive du cerveau, pas seulement la force musculaire. Les mêmes principes pourraient également améliorer les interfaces cerveau-ordinateurs de nouvelle génération, comme celles développées par Neuralink, Synchron et d’autres, qui reposent elles-mêmes sur des décennies de recherche fondamentale en neurosciences, en aidant ces appareils à mieux anticiper ce que les utilisateurs ont l’intention de faire et à s’adapter aux surprises de l’environnement. Pour accélérer la découverte ultérieure, les chercheurs ont également mis leur ensemble de données neuronales à la disposition de la communauté scientifique – l’un des ensembles de données les plus complets de ce type pour étudier comment le cerveau contrôle le mouvement.

À propos du Dr Jonathan A. Michaels

Le Dr Jonathan A. Michaels est professeur adjoint à l’école de kinésiologie et de sciences de la santé de l’Université York, où son laboratoire étudie comment le cerveau contrôle le mouvement. Ses recherches combinent des enregistrements neuronaux à grande échelle, des expériences comportementales et une modélisation de réseaux de neurones artificiels pour comprendre comment le cerveau planifie, exécute et corrige les actions qualifiées – dans le but à long terme d’informer les stratégies de réadaptation et la prochaine génération d’interfaces cerveau-ordinateur. Il a complété son doctorat avec Hansjörg Scherberger au German Primate Center / University of Göttingen et a fait un stage postdoctoral HFSP avec Krishna Shenoy à l’Université de Stanford, et des stages postdoctoraux Banting et BrainScan avec Andrew Pruszynski à Western University avant de rejoindre York en 2024.

Sources de financement

Cette recherche a été financée par les subventions de fonctionnement des Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC) (subvention de fondation 353197 à J.A. Pruszynski; subvention de projet PJT-175010 à J.A. Pruszynski et J. Diedrichsen), La Fondation Simons (via le consortium international Simons-Emory sur le contrôle moteur) et la Fondation Azrieli (via la collaboration sur la planification, l’exécution et la résilience). Jonathan A. Michaels a été soutenu par une bourse postdoctorale Banting, une bourse postdoctorale BrainScan (Fonds d’excellence en recherche du Canada Apogée) et une affiliation postdoctorale de Vector Institute. J.A. Pruszynski a été soutenu par le programme des Chaires de recherche du Canada.