Publication

Noise in brain activity engenders perception and influences discrimination sensitivity

Résumé

Behavioral and brain responses to identical stimuli can vary with experimental and task parameters, including the context of stimulus presentation or attention. More surprisingly, computational models suggest that noise-related random fluctuations in brain responses to stimuli would alone be sufficient to engender perceptual differences between physically identical stimuli. In two experiments combining psychophysics and EEG in healthy humans, we investigated brain mechanisms whereby identical stimuli are (erroneously) perceived as different (higher vs lower in pitch or longer vs shorter in duration) in the absence of any change in the experimental context. Even though, as expected, participants' percepts to identical stimuli varied randomly, a classification algorithm based on a mixture of Gaussians model (GMM) showed that there was sufficient information in single-trial EEG to reliably predict participants' judgments of the stimulus dimension. By contrasting electrical neuroimaging analyses of auditory evoked potentials (AEPs) to the identical stimuli as a function of participants' percepts, we identified the precise timing and neural correlates (strength vs topographic modulations) as well as intracranial sources of these erroneous perceptions. In both experiments, AEP differences first occurred ~100 ms after stimulus onset and were the result of topographic modulations following from changes in the configuration of active brain networks. Source estimations localized the origin of variations in perceived pitch of identical stimuli within right temporal and left frontal areas and of variations in perceived duration within right temporoparietal areas. We discuss our results in terms of providing neurophysiologic evidence for the contribution of random fluctuations in brain activity to conscious perception.

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Cerveau
vignette|Cerveau d'un chimpanzé. Le cerveau est le principal organe du système nerveux des animaux bilatériens. Ce terme tient du langage courant (non scientifique) et chez les chordés, comme les humains, il peut désigner l'encéphale, ou uniquement une partie de l'encéphale, le prosencéphale (télencéphale + diencéphale), voire seulement le télencéphale. Néanmoins, dans cet article, le terme « cerveau » prend son sens le plus large. Le cerveau des chordés est situé dans la tête, protégé par le crâne chez les craniés, et son volume varie grandement d'une espèce à l'autre.
Rythme cérébral
Un rythme cérébral (appelé aussi activité neuro-électrique) désigne l'oscillation électromagnétique émise par le cerveau des êtres humains, mais également de tout être vivant. Le cortex frontal qui permet la cognition, la logique et le raisonnement est composé de neurones qui sont reliés entre eux par des synapses permettant la neurotransmission. Mesurables en volt et en hertz, ces ondes sont de très faible amplitude : de l'ordre du microvolt (chez l'être humain), elles ne suivent pas toujours une sinusoïde régulière.
Électroencéphalographie
L'électroencéphalographie (EEG) est une méthode d'exploration cérébrale qui mesure l'activité électrique du cerveau par des électrodes placées sur le cuir chevelu souvent représentée sous la forme d'un tracé appelé électroencéphalogramme. Comparable à l'électrocardiogramme qui permet d'étudier le fonctionnement du cœur, l'EEG est un examen indolore et non invasif qui renseigne sur l'activité neurophysiologique du cerveau au cours du temps et en particulier du cortex cérébral soit dans un but diagnostique en neurologie, soit dans la recherche en neurosciences cognitives.
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