La théorie des neurosciences des réseaux est le meilleur prédicteur de l’intelligence


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  • Les scientifiques ont travaillé pendant des décennies pour comprendre comment la structure du cerveau et la connectivité fonctionnelle alimentent l’intelligence. Une nouvelle analyse offre l’image la plus claire à ce jour de la façon dont diverses régions cérébrales et réseaux de neurones contribuent à la capacité de résolution de problèmes d’une personne dans divers contextes, un trait connu sous le nom d’intelligence générale, rapportent les chercheurs.

    Ils détaillent leurs découvertes dans le journal Cartographie du cerveau humain.

    L’étude a utilisé une « modélisation prédictive basée sur le connectome » pour comparer cinq théories sur la façon dont le cerveau donne lieu à l’intelligence, a déclaré Aron Barbey, professeur de psychologie, de bio-ingénierie et de neurosciences à l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign qui a dirigé le nouveau travail avec le premier auteur Evan Anderson, maintenant chercheur pour Ball Aerospace and Technologies Corp. travaillant au Air Force Research Laboratory.

    « Pour comprendre les capacités cognitives remarquables qui sous-tendent l’intelligence, les neuroscientifiques se tournent vers leurs fondements biologiques dans le cerveau », a déclaré Barbey. « Les théories modernes tentent d’expliquer comment notre capacité à résoudre des problèmes est activée par l’architecture de traitement de l’information du cerveau. »

    Une compréhension biologique de ces capacités cognitives nécessite « de caractériser comment les différences individuelles d’intelligence et de capacité de résolution de problèmes sont liées à l’architecture sous-jacente et aux mécanismes neuronaux des réseaux cérébraux », a déclaré Anderson.

    Historiquement, les théories de l’intelligence se sont concentrées sur des régions cérébrales localisées telles que le cortex préfrontal, qui joue un rôle clé dans les processus cognitifs tels que la planification, la résolution de problèmes et la prise de décision. Des théories plus récentes mettent l’accent sur des réseaux cérébraux spécifiques, tandis que d’autres examinent comment différents réseaux se chevauchent et interagissent les uns avec les autres, a déclaré Barbey. Lui et Anderson ont testé ces théories établies par rapport à leur propre « théorie des neurosciences en réseau », qui postule que l’intelligence émerge de l’architecture globale du cerveau, y compris les connexions fortes et faibles.

    « Des connexions solides impliquent des centres de traitement de l’information hautement connectés qui sont établis lorsque nous apprenons à connaître le monde et devenons aptes à résoudre des problèmes familiers », a déclaré Anderson. « Les connexions faibles ont moins de liens neuronaux mais permettent une flexibilité et une résolution de problèmes adaptative. » Ensemble, ces connexions « fournissent l’architecture réseau nécessaire pour résoudre les divers problèmes que nous rencontrons dans la vie ».

    Pour tester leurs idées, l’équipe a recruté un groupe démographiquement diversifié de 297 étudiants de premier cycle, demandant d’abord à chaque participant de subir une batterie complète de tests conçus pour mesurer les compétences en résolution de problèmes et l’adaptabilité dans divers contextes. Ces tests et d’autres similaires sont couramment utilisés pour mesurer l’intelligence générale, a déclaré Barbey.

    Les chercheurs ont ensuite collecté des IRM fonctionnelles à l’état de repos de chaque participant.

    « L’une des propriétés vraiment intéressantes du cerveau humain est la façon dont il incarne une riche constellation de réseaux qui sont actifs même lorsque nous sommes au repos », a déclaré Barbey. « Ces réseaux créent l’infrastructure biologique de l’esprit et sont considérés comme des propriétés intrinsèques du cerveau. »

    Ceux-ci incluent le réseau fronto-pariétal, qui permet le contrôle cognitif et la prise de décision axée sur les objectifs ; le réseau d’attention dorsale, qui aide à la conscience visuelle et spatiale ; et le réseau de saillance, qui dirige l’attention sur les stimuli les plus pertinents. Des études antérieures ont montré que l’activité de ces réseaux et d’autres lorsqu’une personne est éveillée mais n’est pas engagée dans une tâche ou ne prête pas attention à des événements extérieurs « prédit de manière fiable nos compétences et capacités cognitives », a déclaré Barbey.

    Avec les tests cognitifs et les données de l’IRMf, les chercheurs ont pu évaluer quelles théories prédisaient le mieux les performances des participants aux tests d’intelligence.

    « Nous pouvons systématiquement étudier dans quelle mesure une théorie prédit l’intelligence générale en fonction de la connectivité des régions cérébrales ou des réseaux que la théorie implique », a déclaré Anderson. « Cette approche nous a permis de comparer directement les preuves des prédictions neuroscientifiques faites par les théories actuelles. »

    Les chercheurs ont découvert que la prise en compte des caractéristiques de l’ensemble du cerveau produisait les prédictions les plus précises de l’aptitude et de l’adaptabilité d’une personne à résoudre des problèmes. Cela s’est avéré vrai même en tenant compte du nombre de régions cérébrales incluses dans l’analyse.

    Les autres théories étaient également prédictives de l’intelligence, ont déclaré les chercheurs, mais la théorie des neurosciences des réseaux a surpassé celles limitées aux régions ou réseaux cérébraux localisés à plusieurs égards.

    Les résultats révèlent que le « traitement global de l’information » dans le cerveau est fondamental pour la capacité d’un individu à surmonter les défis cognitifs, a déclaré Barbey.

    « Plutôt que de provenir d’une région ou d’un réseau spécifique, l’intelligence semble émerger de l’architecture globale du cerveau et refléter l’efficacité et la flexibilité de la fonction de réseau à l’échelle du système », a-t-il déclaré.

    Barbey est également membre du corps professoral du Beckman Institute for Advanced Science and Technology, du Carl R. Woese Institute for Genomic Biology et professeur de sciences de la parole et de l’audition et membre du programme de neurosciences de l’U. of I.

    Les bailleurs de fonds comprennent le Bureau du directeur du renseignement national ; l’activité Projets de recherche avancée sur le renseignement ; et le Département de la défense, Activité des projets de recherche avancée sur la défense.

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