Comment les bébés perçoivent-ils le monde ?

C’est la troisième fois d’Ursula dans l’appareil d’IRM fonctionnel. Heather Kosakowski, doctorante en neurosciences cognitives, espère obtenir seulement deux précieuses minutes de données de sa session. Même si Ursula a été réservée pour faire scanner son cerveau pendant deux heures, c’est loin d’être une chose sûre. Ses deux premières séances, également réservées pour deux heures chacune, n’ont donné que huit minutes de matériel utilisable combiné.

La tâche frise l’impossible. Kosakowski a besoin qu’Ursula reste à la fois éveillée, regardant des images projetées de visages et de scènes, et très immobile, idéalement pendant des secondes voire des minutes à la fois. Chaque contraction et mouvement brouille l’analyse de l’IRM, obscurcissant l’image et la rendant inutile. Mais Ursula a tendance à se tortiller puis, inévitablement, à s’endormir, exactement ce que l’on attend d’un bébé de six mois.

Scanner le cerveau des nourrissons pendant qu’ils sont éveillés est incroyablement difficile et prend du temps, et il y a toujours un risque qu’une session ne produise aucune donnée. Un adulte motivé est capable de rester parfaitement immobile pendant deux heures, produisant des images cérébrales qui se lisent comme un livre ouvert. Les séances d’Ursula produisent quelque chose qui s’apparente davantage à un livre déchiré et jeté dans une rivière. Kosakowski, qui est conjointement conseillée par les professeurs de neurosciences cognitives Nancy Kanwisher ’80, PhD ’86, et Rebecca Saxe, PhD ’03, doit soigneusement rechercher les sections utilisables et les assembler avant de pouvoir lire l’histoire qu’elles révèlent.

« Heather est probablement la personne la plus compétente aujourd’hui pour obtenir des données d’IRM fonctionnelles de haute qualité sur des nourrissons humains », déclare Kanwisher, professeur Walter A. Rosenblith de neurosciences cognitives.

Si Kosakowski n’obtient pas les deux minutes d’images fixes du cerveau dont elle a besoin, il est possible que les deux visites précédentes d’Ursula n’aient servi à rien. Mais si elle peut obtenir une lecture claire de l’IRMf, elle fera un pas de plus vers la réponse à l’une des questions les plus profondes des neurosciences modernes : quels sont les fondements physiques de l’esprit humain ?

Un rêve lointain

Kosakowski n’est pas étranger à surmonter les obstacles. Son enfance a été caractérisée par le genre d’instabilité qui rendait tout type d’enseignement supérieur inaccessible. Son père était dans l’armée, alors sa famille déménageait beaucoup. Puis ses parents ont divorcé, et les difficultés se sont multipliées. Quand elle avait environ sept ans, elle et sa mère ont emménagé dans un refuge pour sans-abri et à 11 ans, Kosakowski a été placée en famille d’accueil dans l’ouest du Massachusetts. « Avoir un baccalauréat a toujours été mon rêve », dit-elle, mais elle qualifie sa première tentative à l’université de « lamentable échec ».

« J’ai abandonné, j’étais sans abri et sans travail, puis j’ai totalisé ma voiture et je me suis dit, qu’est-ce que je vais faire de ma vie? » se souvient-elle. Elle a décidé d’entrer dans le Corps des Marines, mais espérait qu’elle pourrait un jour obtenir une deuxième chance à l’université.

Après plusieurs années dans l’armée, Kosakowski a quitté les Marines et est retourné dans le Massachusetts, s’inscrivant à temps partiel au Massachusetts Bay Community College. Peut-être, pensa-t-elle, qu’un baccalauréat n’était pas si loin après tout. Elle a jeté son dévolu sur Smith College, où elle a été admise. Mais à peu près au moment où elle a reçu cette nouvelle, elle en a également eu une autre : elle était enceinte.

Kosakowski n’est allée à l’université nulle part cet automne-là, mais son désir d’apprendre a persisté. Sa curiosité naturelle a trouvé un exutoire dans son bébé, Hannah, qui est né en octobre. Elle a regardé Hannah découvrir l’herbe pour la première fois au printemps, ravie de la façon dont elle a réagi à ce nouveau matériau étrange recouvrant le sol. Alors qu’Hannah explorait son environnement, Kosakowski n’arrêtait pas de se demander à quoi ressemblaient les choses de son point de vue. Qu’est-ce qu’elle vivait ? Comment appréhendait-elle le monde qui l’entourait ?

Quand Hannah avait deux ans, Kosakowski a obtenu un emploi dans une organisation à but non lucratif qui s’efforçait d’accélérer la recherche sur la sclérose en plaques, ce qui lui a permis d’assister à une conférence sur les neurosciences. « Après ça, j’étais un peu accro », dit-elle. «Je me disais, d’accord, la chose que je veux vraiment faire, c’est la recherche, et pour faire de la recherche, j’ai besoin d’un diplôme. Je dois retourner à l’école.

Kosakowski a été acceptée au Wellesley College, une école qu’elle avait abandonnée des années auparavant parce qu’elle était très compétitive. Elle est devenue fascinée par les neurosciences, parsemant ses professeurs de questions jusqu’à ce que l’un d’eux dise : « Heather, certaines des questions que vous posez, personne ne connaît la réponse. Vous devriez obtenir un doctorat.

« J’ai juste continué à scanner »

Tout comme Kosakowski est diplômé de Wellesley, Saxe cherchait un responsable pour son laboratoire, qui s’est avéré être l’un des seuls laboratoires au monde à étudier les bébés en IRM pendant qu’ils sont éveillés – et par conséquent l’un des seuls à pouvoir répondre aux questions de Kosakowski. sur la nature de la cognition infantile. Elle a postulé pour le poste et l’a obtenu.

Lorsque sa sœur adoptive a eu un bébé, Kosakowski s’est rendue à Saxe et lui a demandé si elle pouvait apprendre à utiliser l’IRMf pour scanner le cerveau du nourrisson. « Je pense qu’elle a pensé que j’allais simplement scanner ma nièce et en finir avec ça », dit Kosakowski. « Mais j’ai juste continué à scanner, et elle ne m’a jamais dit d’arrêter. » Saxe, impressionnée par le travail et la détermination de Kosakowski, a accepté de l’embaucher en tant qu’étudiante diplômée. En 2017, elle a quitté son poste de responsable de laboratoire et a commencé son premier semestre en tant que doctorante au MIT.

Kanwisher se souvient encore de la première fois où elle a vu Kosakowski scanner un bébé à l’IRM. Elle envisageait de travailler avec Kosakowski et Saxe sur leur étude sur les nourrissons, mais au début, elle était très sceptique. «Ce gamin couine comme un fou. La maman est nerveuse. L’ensemble est stressant. Et cela continue encore et encore et Heather n’abandonne pas », dit-elle. — Alors… boum. Les nuages ​​se séparent, le gamin sourit, Heather fait passer le gamin dans le scanner IRM, et comme une minute plus tard, elle scanne de belles données. Rien que la persévérance, l’habileté, est spectaculaire.

L’étude actuelle de Kosakowski se concentre sur la façon dont le cerveau des bébés âgés de deux à neuf mois seulement réagit à de courtes vidéos de visages ou de corps, et en quoi cela diffère de leur réaction à des scènes sans personne. Elle est la première à trouver des preuves de ce type de spécialisation chez les enfants de moins de cinq ans. Les informations qu’elle recherche ne peuvent être mesurées qu’avec l’IRMf. L’imagerie par résonance magnétique permet aux chercheurs de prendre des photos à haute résolution de coupes transversales du cerveau. L’IRM fonctionnelle ajoute une autre couche à cela, en enregistrant des images du cerveau activité en temps réel. Lorsque les neurones d’une partie du cerveau sont particulièrement actifs, le flux sanguin augmente pour alimenter cette région. Cela apparaît comme un point lumineux sur les scans IRMf.

Les chercheurs ont passé des décennies à utiliser l’IRMf pour prouver que des sections du cerveau adulte sont hautement spécialisées pour certaines tâches et pour déterminer exactement quelles zones sont spécialisées pour quelles fonctions. « L’esprit et le cerveau ont toute cette structure. Nous ne sommes pas seulement génériquement intelligents. Nous sommes intelligents de manière très particulière sur des choses très particulières que font les humains », dit Kanwisher. « Si vous regardez la structure, vous voyez cet ensemble de douzaines de régions du cerveau, chacune qui fait une chose très distinctive et différente… Il est impossible de regarder cela et de ne pas se demander : « Comment cette structure a-t-elle été câblée ? « 

Lorsque les adultes regardent des visages, par exemple, une partie du cerveau appelée zone fusiforme du visage, ou FFA, s’illumine. En d’autres termes, si les chercheurs placent des adultes dans des appareils d’IRM et leur montrent des images de visages et d’objets, le FFA ne répondra qu’aux visages. La zone parahippocampique (PPA), quant à elle, répond le plus fortement aux représentations de scènes. Kanwisher elle-même a nommé le FFA après avoir dirigé l’équipe qui l’a découvert en 1997, et elle a dirigé l’effort pour identifier et décrire le PPA en 1998. Elle et ses collègues ont également découvert la section du cerveau connue sous le nom de zone extrastriée du corps (EBA), qui répond fortement aux photos de parties du corps, en 2001.

« [Heather is] scanner les plus jeunes humains éveillés que tout le monde peut scanner et demander quelle structure se trouve dans le cerveau quelques mois après la naissance », explique Kanwisher. « Et ce n’est qu’une des questions les plus passionnantes de toute la psychologie, des neurosciences et de la philosophie profonde : quelle est la structure de notre esprit et d’où vient-elle ? »

Les résultats préliminaires de l’étude de Kosakowski fournissent certaines des preuves les plus solides à ce jour que certaines fonctions de notre cerveau peuvent être innées plutôt qu’acquises. « Les bébés ont également des réponses sélectives pour les visages, les corps et les scènes de la FFA, de l’EBA et de la PPA », explique Kosakowski. « Personne n’a jamais trouvé ça auparavant. Et on ne s’attendait absolument pas à ce que nous trouvions cela.

HEATHER KOSAKOWSKI

La pandémie de covid-19, cependant, a apporté son propre ensemble de défis. Les séances d’IRMf ont dû être suspendues et elle a passé une grande partie de l’année dernière à analyser ses données à la maison. « Covid-19 m’a beaucoup affecté en ce sens que je travaille à domicile à temps plein et que je suis également un parent seul, de la même manière que cela a eu un impact sur de nombreuses familles avec enfants », déclare Kosakowski. Elle espère avoir la possibilité de scanner plus de nourrissons pour commencer à étudier leur traitement auditif avant d’obtenir son diplôme en mai 2022. Mais la session d’Ursula fin 2019 s’avère avoir été l’une de ses dernières chances d’obtenir des données précieuses pour sa thèse.

Au cours de cette session, Ursula s’était endormie dans le scanner, mais Kosakowski était de bonne humeur alors qu’il se terminait. Elle était à peu près sûre d’avoir réussi à obtenir les données et elle confirmerait plus tard qu’elle avait raison. Alors que la mère d’Ursula partait pour se changer des gommages adaptés à l’IRM, Kosakowski a ramassé le bébé groggy et l’a tenue alors qu’elle était assise devant un ordinateur. L’étudiant diplômé imperturbable a une capacité étrange à garder les bébés heureux et détendus – une compétence qu’aucun programme de doctorat ne vous enseignera, mais qui est inestimable lorsque chaque seconde supplémentaire de données propres aide.

Finalement, elle sortit l’image qu’elle cherchait, pointant vers l’écran alors que le regard d’Ursula suivait son doigt. Un jour, grâce à leurs efforts conjugués, nous comprendrons peut-être mieux comment Ursula percevait l’image devant elle. « Voir! » Kosakowski a dit au bébé dans ses bras. « C’est votre cerveau ! »