Des chercheurs du MIT ont cartographié un circuit cérébral auparavant sous-estimé qui modifie la façon dont les informations visuelles sont traitées en fonction du niveau d'éveil et de mouvement d'un animal. Dans une étude sur des souris, ils montrent que le cortex préfrontal envoie des signaux de rétroaction spécialisés vers les régions visuelles et motrices, resserrant ou relâchant les représentations visuelles selon l'état comportemental, comme rapporté dans Neuron.
La vision n'est pas seulement un enregistrement passif du monde extérieur mais est activement façonnée par des états internes, selon une nouvelle recherche du MIT.
Dans un travail résumé par le Picower Institute du MIT, l'étude rapporte que le cortex préfrontal — un hub majeur pour le contrôle exécutif — envoie des signaux adaptés au cortex visuel primaire (VISp) et au cortex moteur primaire (MOp) chez la souris.
Ces signaux ajustent le fonctionnement de ces régions en fonction de facteurs tels que le degré d'alerte de l'animal et s'il est en mouvement, affinant ou atténuant les détails visuels pour prioriser les informations pertinentes.
L'équipe, dirigée par la chercheuse postdoctorale Sofie Ährlund-Richter, avec l'auteur senior Mriganka Sur, professeur Paul and Lilah Newton au The Picower Institute for Learning and Memory et au Département de Brain and Cognitive Sciences du MIT, s'est concentrée sur deux sous-régions préfrontales : le cortex orbitofrontal (ORB) et l'aire cingulaire antérieure (ACA).
Selon le rapport de ScienceDaily sur ce travail, ORB et ACA relaient tous deux des informations sur l'éveil et le mouvement vers VISp et MOp, mais leurs effets diffèrent. Un éveil plus élevé a augmenté la tendance de l'ACA à aider VISp à affiner les représentations visuelles, particulièrement pour des stimuli plus incertains ou difficiles à détecter. ORB n'est devenu influent que lorsque l'éveil était très élevé, et son implication semblait réduire la clarté du codage visuel, atténuant potentiellement les réponses à des stimuli forts mais moins pertinents.
« Ces deux sous-régions du PFC s'équilibrent en quelque sorte », a déclaré Ährlund-Richter. « Tandis que l'une renforce les stimuli potentiellement plus incertains ou difficiles à détecter, l'autre atténue les stimuli forts qui pourraient être non pertinents. »
Pour cartographier ces voies, Ährlund-Richter a effectué un traçage anatomique détaillé des connexions de l'ACA et de l'ORB vers VISp et MOp. Dans des expériences supplémentaires, des souris ont couru sur une roue tout en regardant des images structurées ou des films naturalistes à différents niveaux de contraste, et de brèves bouffées d'air ont été utilisées pour augmenter l'éveil.
Tout au long de ces tâches, les chercheurs ont enregistré l'activité neuronale dans l'ACA, l'ORB, VISp et MOp, en portant une attention particulière aux signaux voyageant le long des axones reliant les zones préfrontales et postérieures. Le travail de traçage a montré que l'ACA et l'ORB communiquent chacune avec plusieurs types de cellules dans leurs régions cibles et suivent des motifs spatiaux distincts : dans VISp, l'ACA cible principalement la couche 6, tandis que l'ORB communique principalement avec les neurones de la couche 5.
Lorsque l'équipe a examiné les informations transmises et l'activité neuronale, plusieurs motifs sont apparus. Les neurones ACA transmettaient des informations visuelles plus détaillées que les neurones ORB et étaient plus réactifs aux changements de contraste. L'activité de l'ACA suivait également de près le niveau d'éveil, tandis que l'ORB ne répondait que lorsque l'éveil atteignait un seuil relativement élevé. Lors de la signalisation vers MOp, les deux régions préfrontales transportaient des informations sur la vitesse de course ; lors de la signalisation vers VISp, elles indiquaient si la souris se déplaçait ou était immobile, et elles transportaient également des signaux liés à l'éveil et une petite quantité de détails visuels vers MOp.
Pour tester comment cette communication façonne le traitement visuel, les scientifiques ont temporairement bloqué les voies de rétroaction de l'ACA et de l'ORB vers VISp, puis ont mesuré la réponse des neurones VISp en l'absence de ces entrées. Ils ont découvert que l'ACA et l'ORB exerçaient des influences spécifiques et opposées sur le codage visuel qui dépendaient du mouvement de la souris et de son niveau d'éveil.
« C'est la conclusion principale de cet article : il y a des projections ciblées pour un impact ciblé », a déclaré Sur dans le compte rendu du Picower Institute des résultats. Les auteurs écrivent que leurs données soutiennent un modèle de rétroaction préfrontale spécialisé au niveau des sous-régions préfrontales et de leurs cibles, permettant à chaque région de façonner sélectivement l'activité corticale spécifique à la cible plutôt que de la moduler globalement.
Outre Ährlund-Richter et Sur, l'équipe de recherche incluait Yuma Osako, Kyle R. Jenks, Emma Odom, Haoyang Huang et Don B. Arnold. Selon le résumé de ScienceDaily, le travail a été soutenu par une bourse postdoctorale des fondations Wenner-Gren, les National Institutes of Health et la Freedom Together Foundation.
L'étude, intitulée « Distinct roles of prefrontal subregion feedback to the primary visual cortex across behavioral states », a été publiée dans Neuron en 2025.