Le cerveau bayésien (Episode n°12)

Pour une cybernétique directement applicable à la théorie psychiatrique & psychothérapeutique

3^ème partie : reconnaissance auditive 

Un soldat ukrainien, appelons-le Volodimir, a été victime d’une déflagration d’un drone sur le front du Donbass qui l’a gravement blessé. Il a été très bien soigné pour ces blessures somatiques et a bénéficié de soins physiothérapeutiques pour sa réhabilitation. Il a ensuite été libéré de ses obligations militaires et autorisé à retrouver son épouse et ses deux jeunes enfants réfugiés dans la République et Canton de Genève quelques mois après le déclenchement de l’agression russe. Il arrive le 31 juillet à Genève, tout heureux de retrouver sa femme et ses enfants. Le 1^er août, c’est la fête nationale mais son épouse ne l’avertit pas, s’amusant à lui laisser entendre que cette fête a été organisée pour l’accueillir. A la tombée de la nuit, en descendant la rue de la poste vers le pont du Rhône pour se diriger vers la vieille ville, une déflagration se fait entendre, un premier pétard annonçant le feu d’artifice. Cette déflagration déclenche chez Volodimir une crise de panique. Il se jette au sol et se fige prostré par la peur.

L’information auditive cochléaire arrive aux corps genouillés médians (CGM) du thalamus à travers les étapes suivantes : les cellules ciliées de l’organe de Corti convertissent les vibrations mécaniques en signaux électriques transmis au ganglion de Corti dont les axones forment la branche cochléaire du nerf VIII. Celui-ci fait synapse dans les noyaux cochléaires du bulbe du tronc cérébral (TC). De là, le signal remonte aux colliculus inférieurs (CI) du pont du TC, qui intègre à ce niveau l’ensemble des composantes du stimulus auditif (intensité, fréquence, modulation) pour atteindre ensuite les CGM du thalamus.

Du CGM, deux possibilités. En cas de TSPT, le prior anxieux, mémorisé dans l’amygdale en raison de sa haute précision, amplifiera (feedback) en priorité le signal d’alarme reçu du CI pour être transmis (feedforward) directement du CGM au noyau latéral de l’amygdale (NLA) en permanence hyperactif. Cette hyperactivité amygdalienne est fortement favorisée par une sécrétion nettement plus forte et chronique de noradrénaline par le locus coeruleus (LC)[1]. C’est la voie courte/rapide (12 ms) décrite par Joseph Ledoux[2] qui remportera la compétition d’avec la voie longue (40 ms) et imposera le modèle traumatique, car porteuse de la plus haute précision. La voie longue est susceptible – si elle ne se voit pas courcircuitée par la voie courte – d’apporter une information contextuelle éventuellement rassurante.

En cas de TSPT, lorsque la voie courte s’impose, l’amygdale réactive l’ensemble du modèle génératif du moment traumatique. Dans ce modèle, l’amygdale prédit le corps, c’est-à-dire qu’elle envoie les signaux anticipateurs de la réponse de survie avant même que le cortex n’ait eu le temps de contextualiser le stimulus conditionnel actuel, vu la très forte précision du prior traumatique. L’amygdale va envoyer en retour vers les structures aspécifiques du thalamus des signaux qui amplifieront encore davantage la précision du signal auditif.

En absence de TSPT, c’est normalement la voie longue/lente (40 ms) qui sera de mise, celle parvenant la couche n°4 (C4)[3] du cortex auditif primaire (A1)[4] avant de rejoindre l’amygdale.

Figure n°1 : le circuit auditif

Au niveau de A1 opère une nouvelle comparaison tonotopique (analyse des caractéristiques physiques du son : fréquence, intensité, timbre), entre le signal reçu de l’amygdale et prétraité par cette structure, et les prédictions de la couche n°5 (C5) de A1 et celles descendantes en provenance de la couche n°5 du cortex auditif secondaire (A2)[5] et qui rejoignent C1 de A1.

Figure n°2 : Distribution des aires de Brodmann (à gauche : Vue latérale gauche /  à droite : Vue sagittale droite)

En cas de TSPT, au niveau de A1, il y aura équivalence entre la représentation du son issu du stimulus conditionnel (le pétard du 1^er août) et celle du son issu du stimulus inconditionnel mis en mémoire (l’explosion du drone dans le Donbass). Au niveau de A2 et du sillon temporal supérieur (STS)[6], il y a construction de la représentation d’un objet sonore cohérent doté d’une signification où le prior prend une dimension sémantique (pas de doute, c’est bien l’explosion d’un drone). Du STS, l’information, liée à la représentation développée jusqu’à ce stade hiérarchique, va être projetée au cortex insulaire antérieur (CIA)[7] pour y déclencher une prédiction intéroceptive. Le corps se prépare à ressentir ce qu’il a ressenti au moment de l’explosion du drone en Ukraine (stimulus inconditionnel) : montée d’adrénaline, tension musculaire, etc., en un mot une émotion de peur. Dans ce cas (TSPT), la poursuite de l’information d’erreur de prédiction vers le cortex insulaire antérieur (CIA), et de là au cortex préfrontal ventromédian (CPFVM)[8], ne sera pas effective vu l’inhibition prolongée, dans cette condition, de cette dernière structures. En effet, en cas de TSPT, le CPFVM présente une hypoactivité chronique, ce qui lui fait perdre sa capacité normale à générer des prédictions contextuelles avec une précision suffisante pour concurrencer les priors traumatiques amygdaliens. Par ailleurs, le cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL), saturé de noradrénaline, ne parvient pas à maintenir en mémoire de travail la réalité d’un contexte pourtant sans danger.

En résumé, en cas de TSPT, le cerveau de notre héros ukrainien va attribuer une précision majeure aux priors traumatiques et une précision minime aux signaux contextuels de sécurité. Toute la prise en charge thérapeutique[9] va consister à recalibrer cette hiérarchie de précision, intégrer psychiquement de la sécurité en lieu et place de l’insécurité.

Dans le contexte d’un genevois qui a l’habitude de participer aux fêtes du 1^er août, le fait d’entendre l’un ou l’autre pétard avant de se rendre près du lac pour profiter au maximum du feu d’artifice est assez peu surprenant. Si l’on considère que la probabilité d’entendre un pétard P(pétard/1^er août à Genève) est de par exemple 60% (p=0.6), la surprise de l’entendre est particulièrement faible[10]. En opérant le calcul comme l’aurait fait Shannon – qui calculait les logarithmes en base 2 – alors que notre calculatrice ne calcule qu’en base 10 (log₁₀ = log) ou en base e (log_e = ln), cela nous donne S = -log₁₀(0.6)/-log₁₀(2) = 0,7369655942, donc une très faible surprise. Contrairement à Shannon, Friston ne calcule pas la surprise en base 2, donc en bit (binary digit), mais bien en base e, en logarithme népérien, en nat (natural unit of information). Comme notre calculatrice peut calculer directement en ln, S = -ln(0.6) = -(-0,5108256238) = 0,5108256238), soit une très faible surprise.

Dans le cerveau de notre soldat ukrainien, l’existence d’un prior traumatique modifie radicalement le calcul. Son cerveau n’évalue pas la probabilité P(pétard/1^er août à Genève), mais la probabilité P(explosion/arme de guerre) à travers le filtre dominant de son modèle traumatique. Pour lui cette probabilité est très élevée – disons 95% (P=0.95). C’est la probabilité – non surprenante – d’une explosion réelle, non pas d’un pétard festif. Ce que Volodimir calcule, ce n’est pas la surprise d’entendre un pétard, mais bien la surprise de l’absence de conséquences immédiates de l’explosion entendue. Cette probabilité P(pas de danger/explosion détectée) est très faible dans son modèle et correspond à P=1-0.95=0.05. La surprise liée à cette infime probabilité est donc forcément très forte. En calculant comme Shannon en bit, ça donne S = -log₁₀(0.05)/-log₁₀(2) = 4,3219280949. En comparant avec le calcul de la surprise mesurée par Shannon pour notre ami Volodimir (voie courte)[11] et pour un genevois lambda (voir longue), le ratio est de 4,3219280949 / 0,7369655942, soit un ratio de 5,86, soit 6 fois supérieure.

En calculant comme Friston en nat, ça donne S = -ln(0.05) = 2,99573222736 (≈3) pour Volodimir et S = -ln(0.6) = 0.5108256238 (≈0.5).  En calculant le ratio 2,99573222736 / 0.5108256238, cela donne avec le calcul de la surprise mesurée par Friston pour Volodimir (voie courte) et pour un genevois lambda (voie longue), le ratio est de 4,3219280949 / 0,7369655942, soit un ratio de 5,86 (≈6), soit exactement le même que celui calculé en bit.

Notes :

[1] Cfr. Du Vague à l’âme, épisode n°4.

[2] LeDoux J. The Emotional Brain. Simon & Schuster, New York (1996).

[3] Il est impératif d’avoir lu l’épisode n°10 du Cerveau Bayésien pour comprendre celui-ci.

[4] A1 correspond aux AB41 et 42 à la partie médiane du lobe temporal supérieur dans la scissure de Sylvius.

[5] A2 correspond à l’AB22 à la partie antérieure du STS.

[6] Pour une description détaillée du STS voir l’épisode n°10 de la série Du Vague à l’âme.

[7] Le CIA a fait l’objet d’une explication détaillée dans l’épisode n°7 de la série Du Vague à l’âme.

[8] Le CPFVM a fait l’objet d’une explication détaillée dans l’épisode n°7 de la série Du Vague à l’âme.

[9] Voir notre série Prévenir et soigner les troubles du spectre traumatique.

[10] Il est impératif d’avoir lu l’épisode n°7 du Cerveau Bayésien pour comprendre celui-ci.

[11] Voir plus haut le 1^er paragraphe.