Méthode d'adaptation et organisation interne des représentations

Dans l'attente de méthodes non invasives qui permettraient de voir les colonnes corticales ou les neurones individuels chez l'homme, une stratégie indirecte joue un rôle important dans l'étude de l'organisation interne des représentations cérébrales. C'est la méthode d'adaptation, également appelée méthode d'amorçage (Grill-Spector & Malach, 2001 ; Naccache & Dehaene, 2001). Elle se fonde sur la découverte neurophysiologique que la plupart des neurones corticaux, quel que soit le niveau de codage où ils interviennent, montrent une diminution de leur réponse lorsque l'on répète plusieurs fois le même stimulus. En IRMf, un phénomène d'adaptation similaire peut être observé : le signal d'activation cérébrale décroît à mesure que l'on présente un même stimulus plusieurs fois, relativement à une situation de contrôle dans laquelle des stimuli différents sont présentés à chaque essai.

L'étude des propriétés fines de l'adaptation permet deux inférences utiles en psychologie cognitive (Naccache & Dehaene, 2001). Si le signal est moindre dans une région cérébrale donnée quand le stimulus A est suivi de A, que quand B est suivi de A, c'est d'abord que la région cérébrale en question discrimine les stimuli et B, donc (vraisemblablement) qu'elle contient des populations partiellement différentes de neurones codant pour A et B. Cette inférence peut être valide, alors même que l'imagerie n'a pas la résolution suffisante pour voir, de façon directe, ces deux populations. Ainsi, la méthode d'adaptation offre une forme, certes indirecte, d'hyper-résolution.

En second lieu, l'adaptation permet d'étudier la métrique de similarité entre stimuli pour une région donnée, et donc le niveau de codage de l'information, en examinant quelles variations du stimulus comptent ou ne comptent pas comme une répétition. Dans le cortex occipito-temporal ventral, par exemple, on peut répéter la même image à des tailles différentes, et observer une adaptation inchangée (travaux de Kalanit Grill-Spector, Patrick Vuilleumier, etc.). Mieux, dans la région occipito-temporale gauche, la même adaptation se produit lorsque l'on répète un mot à l'identique (maison-maison) ou dans une casse différente (maison- MAISON) (Dehaene et al., 2001). On peut alors inférer que cette région code pour les images ou les mots d'une façon invariante pour les propriétés de surface telle que la taille ou l'allure exacte de l'objet.

Le cours a présenté de multiples illustrations du potentiel de cette méthode d'adaptation, empruntés notamment au domaine de la cognition numérique. À l'aide de cette méthode, il est en effet possible de montrer que le cortex intrapariétal code pour les nombres avec une métrique de proximité sémantique : à mesure que les nombres se rapprochent, l'adaptation augmente, indiquant un codage neuronal par des ensembles de neurones qui se recouvrent. L'utilisation de l'amorçage subliminal améliore également la méthode dans la mesure où elle permet d'éviter que des stratégies attentionnelles, non-locales à la région cérébrale étudiée, ne modifient globalement le niveau du signal d'IRMf.
La méthode d'adaptation est toutefois à utiliser avec précaution si l'on veut en tirer des inférences fortes sur le plan du codage neuronal. En effet, la méthode suppose qu'il existe une relation étroite entre la courbe d'accord des neurones et leur courbe d'adaptation en réponse à des stimuli plus ou moins distants de la répétition à l'identique. Or une étude récente (Sawamura, Orban, & Vogels, 2006) a testé directement cette hypothèse par l'électrophysiologie chez le singe éveillé, et a montré qu'il pouvait exister des conditions dans lesquelles elle n'était pas valide.