Référentiel égocentré : le réseau du mode par défaut

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clement.poiret
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Fig1.

Dans notre cerveau, plusieurs zones travaillent en collaboration. C'est ce que l'on appelle des networks, ou réseaux pour les plus anglophobes.
Quand nous nous mettons en mode veille, une partie de notre cerveau voit son activité augmenter : le default-mode network (DMN), le réseau du mode par défaut.

Bien qu'étudié et imagé, ce mode reste pour le moins relativement obscure quant à son apparition, son évolution et son adaptation. Une chose semble cependant ressortir : un DMN perturbé est corrélé à des psychopathologies pouvant être graves (alzheimer, schizophrénie, etc...).

Alors, qu'est réellement le DMN ?


Default-Mode Network, un réseau parmi tant d'autres

Dans notre cerveau, chaque zone semble avoir un rôle particulier. Au même titre qu'un programme informatique, ces fonctions cérébrales peuvent s'assembler pour réaliser des opérations plus complexes.

Quand des régions du cerveau fonctionnent en synergie, elles forment ce que l'on appelle un network.

Il en existe plusieurs comme l'Executive Control Network (ECN) contrôlant la cognition consciente. Il est notamment responsable des processus actifs de la mémoire, de la résolution de problèmes et de la planification1.
Le Salience Network (SN) est lui responsable des interactions sociales et de la conscience de soit1, et il en existe encore de nombreux autres permettant de gérer par exemple la conscience, le système sensorimoteur, etc...

Parmi eux, nous retrouvons donc le Default-Mode Network. La découverte prends ses origines en 1929 où Hans Berger pose l'hypothèse que le cerveau est actif même lors d'un état de veille/repos2 mais ce ne sera qu'en 1990 avec l'invention de la Tomographie par Emission de Positrons (TEP)** que Marcus Raichle pointa du doigt des zones cérébrales dont l'activité réduisait lors du déclenchement de processus cognitifs.

Veille, errance mentale PCC et vACC

Situé au niveau du PCC (Cortex Cingulaire Postérieur) et du vACC (Cortex Cingulaire Antérieur Ventral), le network définie son état de base (baseline) quand le sujet est dans un état de repos cognitif3, se "désactivant" en sortie de veille.

Une des caractéristiques du DMN est qu'il est détectable aux IRMf (Imagerie par Résonnance Magnétique fonctionnelle) et TEP généralement dès l'âge de 9 ans et se module en fonction de la maturation biologique de l'individu.
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Fig2. Evolution du développement des networks en fonction de l'âge. Fair et al., 2009.

C'est via les techniques d'IRMf et de TEP qu'il a été possible de déterminer que le DMN était actif lors du mode veille et des états d'errance mentale (ou mind-wandering)4. L'errance mentale5 est un phénomène que nous connaissons tous : c'est cet état qui nous fait penser à tout et à rien sous la douche ou en conduisant, nous faisant même oublier le trajet que nous avons emprunté.

Malgré le fait que le DMN soit actif principalement lors d'un état de veille qui pourrait correspondre à un monitoring plus ou moins conscient de l'environnement externe lors de la veille, il semble qu'il prenne un rôle actif dans les pensées introspectives.

Le DMN, alors décrit comme un task-negative network (actif quand le cerveau ne sert pas à une cognition orientée par un objectif) semble "anti-corrélé" à un réseau "task-positive".
Au sein des réseaux, la résonnance des neurones semble synchronisée. Sans prendre en compte la fréquence de résonnance, la zone recrutée ou la stabilité temporelle, cette synchronisation pourrait faciliter la coordination et l'organisation des informations traitées6.
L'anticorrélation entre les réseaux pourrait indiquer une possible compétitivité entre les processus, comme régulièrement étudié en psychologie comportementale (conflit émotion/cognition, concentration/mind-wandering, etc...)6. Le système task-negative/task-positive pourrait donc être considéré comme un système dynamique dont les ratios de fonctionnement pourraient modifier le comportement.

DMN et psychopathologies

Bien qu'étudié depuis maintenant presque 20 ans, les mécanismes sous-jacents et les fonctions du mode par défaut restent encore en grande partie dans l'ombre.

Il est cependant intéressant de remarquer que les altérations du DMN sont corrélées à la présence de nombreuses psychopathologies comme l'ADHD (déficit de l'attention et d'hyperactivité), les troubles bipolaires comme la schizophrénie, l'Alzheimer ou les PTSD (syndrome de stress post-traumatique)4.
Les explications de ces altérations sont diverses et variées, mais tournent principalement autour du fait qu'une haute activité métabolique due à une sur-sollicitation du Network entraînerait des réactions chimiques en cascades. L'hypothèse est aussi émise que les troubles liés aux neurotransmetteurs pourraient perturber le fonctionnement du réseau4.

Les patients atteints de schizophrénie à un stade précoce montrent notamment une hyperactivation et une hyperconnectivité au sein du réseau de mode par défaut, surtout lors des états de repos conscients10.

Il faut noter que l'interaction task-positive/task-négative n'est pas particulièrement étudiée dans le cadre des pathologies, mais certains changements de ratios pourraient être corrélés eux aussi à certaines pathologies.
Le DMN peut cependant être modulé positivement notamment par adjonction d'antidépresseurs (modification des neurotransmetteurs)7, de psychothérapies8, mais aussi négativement influencé par le manque de sommeil9.

Les études des réseaux cérébraux cachent donc encore de nombreux mystères, mais l'avancée de la recherche permettra certainement l'établissement de nouvelles thérapies (notamment en psychiatrie) pour soigner des maladies encore majoritairement incomprises dont les traitements sont parfois peu efficaces, voir inefficaces sur certains sujets.

Références

  1. Kenneth F. Swaiman et al., Swaiman's Pediatric Neurology. 2018. DOI : 10.1016/C2013-1-00079-0
  2. Default mode network - Wikiwand
  3. Greicius et al., Functional connectivity in the resting brain: A network analysis of the default mode hypothesis. 2002. DOI : 10.1073/pnas.0135058100
  4. Andrews-Hanna, The Brain’s Default Network and its Adaptive Role in Internal Mentation. 2012. DOI : 10.1177/1073858411403316
  5. Mind-wandering - Wikiwand
  6. Fox et al., The human brain is intrinsically organized into dynamic, anticorrelated functional networks. 2005. DOI : 10.1073/pnas.0504136102
  7. Akiki et al., A Network-Based Neurobiological Model of PTSD: Evidence From Structural and Functional Neuroimaging Studies. 2017. DOI : 10.1007/s11920-017-0840-4
  8. Sripada et al., Neural Dysregulation in Posttraumatic Stress Disorder: Evidence for Disrupted Equilibrium Between Salience and Default Mode Brain Networks. 2012. DOI : 10.1097/PSY.0b013e318273bf33
  9. Basner et al., Sleep deprivation and neurobehavioral dynamics. 2013. DOI : 10.1016/j.conb.2013.02.008
  10. Whitfield-Gabrieli et al., Hyperactivity and hyperconnectivity of the default network in schizophrenia and in first-degree relatives of persons with schizophrenia. 2009. DOI : 10.1073/pnas.0809141106

Table des illustrations

  • Fig1. CC0 Pixabay,
  • Fig2. CC BY Fair et al., 2009.

Pour aller plus loin

  • Akiki et al., A Network-Based Neurobiological Model of PTSD: Evidence From Structural and Functional Neuroimaging Studies. 2017. DOI : 10.1007/s11920-017-0840-4
  • Sripada et al., Neural Dysregulation in Posttraumatic Stress Disorder: Evidence for Disrupted Equilibrium Between Salience and Default Mode Brain Networks. 2012. DOI : 10.1097/PSY.0b013e318273bf33
  • Basner et al., Sleep deprivation and neurobehavioral dynamics. 2013. DOI : 10.1016/j.conb.2013.02.008

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