Une étude d’imagerie cérébrale révèle la curiosité à mesure qu’elle émerge

Vous levez les yeux vers le ciel bleu et voyez quelque chose que vous n’arrivez pas à identifier. Est-ce un ballon ? Un avion ? Un OVNI ? Vous êtes curieux, n’est-ce pas ? Une équipe de recherche basée à l’Institut Zuckerman de Columbia a pu observer pour la première fois ce qui se passe dans le cerveau humain lorsque des sentiments de curiosité comme celui-ci surgissent.

Dans une étude publiée dans le Journal des neurosciencesles scientifiques ont révélé des zones du cerveau qui semblent évaluer le degré d’incertitude dans des situations visuellement ambiguës, donnant lieu à des sentiments subjectifs de curiosité.

« La curiosité a des origines biologiques profondes », a déclaré l’auteure correspondante Jacqueline Gottlieb, Ph. D., chercheuse principale à l’Institut Zuckerman. Le principal avantage évolutif de la curiosité, a-t-elle ajouté, est d’encourager les êtres vivants à explorer leur monde de manière à les aider à survivre.

« Ce qui distingue la curiosité humaine, c’est qu’elle nous pousse à explorer bien plus largement que les autres animaux, et souvent simplement parce que nous voulons découvrir des choses, et non parce que nous recherchons une récompense matérielle ou un avantage pour notre survie », explique le Dr Gottlieb, qui est également professeur de neurosciences au Collège de médecins et chirurgiens Vagelos de Columbia. « Cela nous pousse à beaucoup de créativité. »

Le Dr Gottlieb a été rejoint dans ses recherches par Michael Cohanpour, Ph.D., ancien étudiant diplômé de Columbia (aujourd’hui scientifique des données chez dsm-firmenich), et Mariam Aly, Ph.D., également anciennement à Columbia et aujourd’hui professeure agrégée de psychologie par intérim à l’Université de Californie à Berkeley.

Dans le cadre de cette étude, les chercheurs ont utilisé une technologie non invasive et largement utilisée pour mesurer les variations du taux d’oxygène dans le sang cérébral de 32 volontaires. Baptisée imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), cette technologie a permis aux scientifiques d’enregistrer la quantité d’oxygène consommée par les différentes parties du cerveau des sujets pendant qu’ils regardaient des images. Plus une région du cerveau consomme d’oxygène, plus elle est active.

Pour découvrir les zones cérébrales impliquées dans la curiosité, l’équipe de recherche a présenté aux participants des images spéciales appelées texforms. Il s’agit d’images d’objets, comme un morse, une grenouille, un char d’assaut ou un chapeau, qui ont été déformées à divers degrés pour les rendre plus ou moins difficiles à reconnaître.

Les chercheurs ont demandé aux participants d’évaluer leur confiance et leur curiosité à l’égard de chaque forme textuelle et ont constaté que les deux évaluations étaient inversement proportionnelles. Plus les sujets étaient sûrs de savoir ce que représentait la forme textuelle, moins ils étaient curieux à son sujet. Inversement, moins les sujets étaient sûrs de pouvoir deviner ce qu’était la forme textuelle, plus ils étaient curieux à son sujet.

À l’aide de l’IRMf, les chercheurs ont ensuite observé ce qui se passait dans le cerveau des sujets pendant qu’on leur présentait des texforms. Les données de l’imagerie cérébrale ont montré une activité élevée dans le cortex occipitotemporal (OTC), une région située juste au-dessus des oreilles, dont on sait depuis longtemps qu’elle est impliquée dans la vision et dans la reconnaissance de catégories d’objets.

Sur la base d’études antérieures, les chercheurs s’attendaient à ce que lorsqu’ils présentaient aux participants des images claires, cette région du cerveau présente des schémas d’activité distincts pour les objets animés et inanimés. « On peut considérer chaque schéma comme un « code-barres » identifiant la catégorie de forme textuelle », a déclaré le Dr Gottlied.

Les chercheurs ont utilisé ces modèles pour développer une mesure, qu’ils ont baptisée « incertitude OTC », du degré d’incertitude de cette zone corticale quant à la catégorie d’une forme textuelle déformée. Ils ont montré que, lorsque les sujets étaient moins curieux à propos d’une forme textuelle, leur activité OTC ne correspondait qu’à un seul code-barres, comme si elle identifiait clairement si l’image appartenait à la catégorie animée ou inanimée. En revanche, lorsque les sujets étaient plus curieux, leur OTC présentait les caractéristiques des deux codes-barres, comme s’il ne pouvait pas identifier clairement la catégorie de l’image.

Deux régions situées à l’avant du cerveau étaient également actives pendant les présentations de texforms. L’une est le cortex cingulaire antérieur, que des études précédentes impliquaient dans la collecte d’informations. L’autre est le cortex préfrontal ventromédian (vmPFC), qui est impliqué dans le suivi des perceptions subjectives d’une personne en matière de valeur et de confiance dans différentes situations. Dans la nouvelle étude, les deux zones étaient plus actives lorsque les sujets déclaraient être plus sûrs de connaître l’identité d’un texform (et donc moins curieux de voir l’image clarifiée).

Il est important de noter, a déclaré le Dr Gottlieb, que l’activité du vmPFC semble fournir un pont neurologique entre le sentiment subjectif de curiosité et la mesure de certitude de l’OTC. C’est comme si cette région lisait l’incertitude codée par le modèle d’activité distribuée dans l’OTC et aidait une personne à décider si elle devait être curieuse à propos de la forme textuelle.

« C’est vraiment la première fois que nous pouvons relier le sentiment subjectif de curiosité à l’égard de l’information à la façon dont votre cerveau représente cette information », a déclaré le Dr Gottlieb.

L’étude a deux implications importantes, a déclaré le Dr Gottlieb. Premièrement, bien que l’étude se soit concentrée sur la curiosité perceptive suscitée par des stimuli visuels, les gens éprouvent d’autres formes de curiosité, comme la curiosité pour des questions de culture générale et des faits (par exemple, quelle est la hauteur de la tour Eiffel ?) ou la curiosité sociale (dans quel restaurant mes amis sont-ils allés hier soir ?).

L’une des possibilités intéressantes de cette étude, a-t-elle noté, est que le mécanisme découvert pourrait s’étendre à d’autres formes de curiosité. Par exemple, une étude IRMf examinant des sons plus ou moins reconnaissables pourrait montrer que les zones auditives du cerveau transmettent l’incertitude concernant le son et que le vmPFC lit cette incertitude pour déterminer la curiosité.

Une deuxième possibilité envisagée par le Dr Gottlieb est que les résultats pourraient avoir des implications diagnostiques et même thérapeutiques pour les personnes souffrant de dépression, d’apathie ou d’anhédonie (incapacité à ressentir du plaisir), qui sont des conditions souvent marquées par un manque de curiosité.

« La curiosité implique une sorte d’enthousiasme, une volonté de dépenser de l’énergie et d’étudier ce qui nous entoure. Et elle est intrinsèquement motivée, ce qui signifie que personne ne vous paie pour être curieux ; vous êtes curieux simplement parce que vous espérez que quelque chose de bien se produira lorsque vous apprendrez », a déclaré le Dr Gottlieb. « Ce ne sont là que quelques-unes des choses étonnantes de la curiosité. »