La peur et la perception des signaux propres au corps dans le cerveau

Tachycardie, respiration rapide et paumes de mains moites : ce sont tous des sympt?mes d'anxiété par lesquels le cerveau prépare le corps à une éventuelle menace. Ces perceptions normales et fugaces du corps humain peuvent déclencher une véritable spirale descendante chez les personnes dont le niveau d'anxiété est élevé. La perception de changements physiques tels que les battements du c?ur et la respiration renforce précisément le sentiment d'anxiété qui a provoqué ces changements. Jusqu'à présent, il était difficile, en raison des limites techniques, d'étudier exactement où ce cercle vicieux se produisait dans le cerveau - et comment il pouvait être brisé chez les personnes présentant un niveau d'anxiété élevé. Des chercheurs de l'ETH ont désormais pu montrer pour la première fois comment certains signaux corporels traités dans le cerveau se distinguent entre les personnes ayant des niveaux d'anxiété différents.

Anxiété et perception déformée de la respiration

Tout comme un détecteur de fumée donne l'alarme pour avertir les habitants d'une maison d'un éventuel incendie, des cellules nerveuses situées au plus profond de notre cerveau dans ce que l'on appelle l'?lot antérieur, une partie du cortex cérébral, déterminent comment les sensations physiques telles que la respiration, les battements du c?ur ou les douleurs gastro-intestinales sont per?ues. Une théorie scientifique influente part du principe que cette partie du cerveau crée des modèles du corps qui prédisent et interprètent les signaux corporels. Selon cette hypothèse, leur but est de prédire les dangers pour le corps et de donner l'alerte en cas de risque de dommages. Ceci est particulièrement pertinent pour la compréhension des troubles psychiques. On suppose par exemple depuis longtemps que l'anxiété s'accompagne d'une modification des signaux de prédiction dans le cortex insulaire antérieur. Olivia Harrison, l'auteur principale d'une étude récemment parue dans la revue spécialisée Neuron, a réussi à confirmer cette hypothèse. Elle et son équipe ont constaté que le cortex insulaire antérieur réagit différemment aux modifications prédites de la résistance respiratoire chez les personnes présentant un niveau d'anxiété élevé. Parallèlement, il semble y avoir un lien entre des niveaux d'anxiété plus élevés et une perception modifiée des signaux corporels.

Harrison, aujourd'hui chercheuse à l'Université d'Otago en Nouvelle-Zélande, a mené cette étude dans le cadre d'un post-doctorat avec le professeur Klaas Stephan, en collaboration avec une équipe de recherche de l'unité de neuromodelage translationnel, qui fait partie de l'Institut de technique biomédicale géré conjointement par l'Université et l'ETH Zurich. L'étude de Harrison, à laquelle ont participé 60 personnes présentant des niveaux d'anxiété faibles et moyens, est la première du genre à démontrer que le cortex insulaire antérieur crée des modèles de l'état physique. Klaas Stephan, co-auteur de l'étude, explique à ce sujet : "Savoir comment le cerveau crée activement des modèles pour protéger le corps permet de déstigmatiser les maladies psychiques. Cette approche montre clairement que l'anxiété peut être expliquée comme une réaction d'adaptation à une expérience individuelle", explique-t-il.

Nouvelle technologie essentielle à la connaissance

Ce n'est que gr?ce à une nouvelle technologie que les neuroscientifiques ont pu diriger la résistance respiratoire dans leur étude et observer pour la première fois l'activité cérébrale qui se produit lors de la prédiction et de la perception d'états corporels mena?ants. Ils ont également observé comment la peur peut modifier ces prédictions et ces perceptions dans le cerveau. Inspirée par des recherches antérieures sur les interactions entre le cerveau et le corps, mais aussi par ses propres observations dans le domaine du sport de compétition, Olivia Harrison a développé un système de ventilation compatible avec l'IRM. Ce dispositif est basé sur les études antérieures d'Harrison, menées en collaboration avec l'équipe Breathe-Oxford de l'Université d'Oxford. En collaboration avec le physicien et technicien médical d'Oxford Sebastian Rieger, Harrison a automatisé le système.

Gr?ce à cette invention, les chercheurs ont pu vérifier de manière plus nuancée des théories existantes qui n'avaient pas encore été prouvées par des mesures empiriques. L'équipe de recherche a utilisé la nouvelle technologie pour développer une t?che d'apprentissage de la respiration et étudier l'activité cérébrale dynamique lors de prédictions sur la respiration ainsi que les erreurs de prédiction. ? l'aide de modèles informatiques des processus cognitifs, les chercheurs ont examiné l'apprentissage lié à la respiration ainsi que la métacognition, c'est-à-dire la perception de ses propres processus de pensée. Il s'agit de la première analyse mathématique du déroulement d'un processus d'apprentissage dans ce domaine de recherche.

A l'écoute du corps

Même si les résultats de cette étude révèlent de nouvelles connaissances sur les liens entre la peur et la perception par le cerveau des signaux propres au corps, de nombreuses questions restent encore sans réponse. "Nous pensons parfois que nous écoutons notre corps", explique Harrison, "mais nous constatons que l'anxiété réduit notre capacité à remarquer réellement les changements de notre respiration."Si nous ne percevons pas les premiers sympt?mes physiques de l'anxiété, car la perception correspondante est comme "éteinte", ces sympt?mes persistent et le niveau d'anxiété continue de s'intensifier. Les résultats de l'étude fournissent donc les premières indications sur la manière dont l'anxiété peut perturber la communication entre le cerveau et le corps.

Même si la recherche n'a pas encore de réponse à toutes les questions, Harrison fait remarquer que les exercices de respiration sont utilisés depuis des siècles dans la médecine orientale pour améliorer l'état psychique. Elle fait remarquer que le yoga, la méditation et le sport ont souvent un effet apaisant, mais que les mécanismes sous-jacents doivent encore être étudiés. Selon Harrison, une meilleure compréhension de la manière dont le cerveau et le corps interagissent pourrait en fin de compte améliorer le traitement des troubles anxieux en permettant aux personnes de percevoir leur corps différemment et de briser la spirale de l'anxiété.