La conscience sur un spectre : repenser les frontières traditionnelles à travers les dynamiques cérébrales et comportementales

Abstract

The term "state of consciousness" refers to an individual's specific quality or level of awareness at a given moment. It encompasses various aspects of subjective experience, including perception, thoughts, emotions, and self-awareness. States of consciousness can be classified based on different features, such as the level of alertness (e.g., wakefulness versus anesthesia), the presence or absence of external sensory input (e.g., wakefulness versus dreaming), and the degree of self-awareness (e.g., wakefulness versus drug-induced states). Currently, these states are classified discretely based on the presence of specific characteristics. For instance, when someone is awake, they can consciously process and respond to sensory stimuli, which is considered impossible when they are asleep. This is evident in everyday situations where we might ask someone if they are sleeping and conclude that they are indeed asleep if they do not respond. In my thesis, I aim to challenge this prevailing belief and argue that states of consciousness exist on a continuum rather than as discrete states. I argue that the current discrete classification fails to capture the richness and variability of each state. To support this argument, I focus on the interaction between ongoing brain dynamics and the capacity to consciously process information. The first study investigates how conscious perception influences ongoing brain dynamics using functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI). Our subjective experiences in everyday life are shaped by complex stimuli from different sensory modalities, and the integration of these elements enables us to understand the world around us. By utilizing naturalistic movies as a model of real-world environments, we demonstrate that global brain states, characterized by interactions among different brain networks, synchronize among participants and align with ongoing subjective experiences. Subsequent studies focus on the inverse relationship and seek to understand whether baseline brain states prior to stimulation can influence our conscious perception. Our second study combines fMRI and electroencephalography (EEG) to investigate fluctuations in conscious experiences during wakefulness, a state that typically enables conscious processing of information and behavioral responsiveness. The results show that certain brain dynamics, previously associated with conscious states, favor the conscious perception of stimuli. We conclude that even in a state of wakefulness conducive to information processing, we can observe variations in brain activity and behavior, suggesting that wakefulness is not a homogeneous state. This second study focuses on fluctuations in conscious experience during wakefulness. But what about our conscious perception during sleep states, which are considered unfavorable for information processing? The third study aims to investigate the capacity for information processing and responsiveness during different sleep stages. Contrary to widely accepted beliefs in the literature, we demonstrate that the sleeping brain is capable of performing complex tasks and generating appropriate behavioral responses in all sleep stages. Moreover, these transient periods of responsiveness to external stimuli can be predicted based on pre-stimulus EEG markers previously associated with conscious states. Overall, this thesis provides experimental evidence demonstrating that conscious information processing fluctuates even within traditionally defined states of consciousness, depending on ongoing brain dynamics. This highlights the need for further theoretical and empirical advances to redefine these traditional states in order to fully capture their complexity and the multitude of processes they encompass.Le terme "état de conscience" désigne le type ou le niveau de conscience d'une personne à un moment donné. On peut classer les états de conscience selon différentes caractéristiques, comme le degré de vigilance (être éveillé ou sous anesthésie), la présence ou l'absence de stimuli sensoriels externes (être éveillé ou en train de rêver) et le degré de conscience de soi (être éveillé ou sous l'influence de substances psychédéliques). À l'heure actuelle, ces états sont catégorisés de manière discrète en fonction de caractéristiques spécifiques. Par exemple, une personne éveillée peut consciemment traiter les stimuli sensoriels et y réagir, ce qui est considéré comme impossible pendant le sommeil. Dans ma thèse, je remets en question cette croyance dominante et soutiens que les états de conscience se placent sur un continuum, plutôt que constituer des états discrets. Je défends l'idée que la classification actuelle ne rend pas pleinement compte de la richesse et de la variabilité de chaque état. Pour étayer cette argumentation, j’étudie l'interaction entre les dynamiques cérébrales et la capacité à traiter les informations de manière consciente. La première étude se penche sur les effets de la perception consciente sur les dynamiques cérébrales. Dans la vie quotidienne, nos expériences subjectives sont influencées par des stimuli complexes provenant de différentes modalités sensorielles, et l'intégration de ces éléments nous permet de comprendre le monde qui nous entoure. En utilisant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), nous avons étudié les interactions entre différents réseaux cérébraux chez des participants ayant visionné un film audiovisuel. Les résultats suggèrent que les dynamiques cérébrales des participants se sont synchronisées lors du visionnage, ce qui renforce l'idée selon laquelle les expériences subjectives influencent les dynamiques cérébrales. Les études suivantes se concentrent sur la relation inverse et cherchent à comprendre si nos états cérébraux peuvent influencer notre perception consciente. Notre deuxième étude combine l'IRMf et l'électroencéphalographie (EEG) pour étudier les fluctuations des expériences conscientes pendant l'éveil, un état qui permet généralement le traitement conscient de l'information. Les variations des dynamiques cérébrales de base sont reliées à la perception consciente ou non d'un stimulus apparaissant ultérieurement. Les résultats montrent que certaines dynamiques cérébrales favorisent la perception consciente des stimuli. Nous concluons que même dans un état d'éveil propice au traitement de l'information, nous pouvons observer des variations de l'activité cérébrale et du comportement, ce qui suggère que l’éveil n’est pas un état de conscience homogène. Cette deuxième étude se focalise sur les fluctuations des expériences conscientes dans d'éveil. Mais qu’en est-il de notre perception consciente lors d’états de sommeil, pourtant considérés comme défavorables au traitement de l’information ? La troisième étude vise à comprendre si nous pouvons consciemment percevoir des stimuli pendant les différents stades du sommeil. Contrairement aux croyances largement répandues dans la littérature, nous démontrons que le cerveau endormi est capable d'accomplir des tâches complexes et de générer des réponses comportementales appropriées à tous les stades du sommeil. De plus, ces périodes transitoires de réactivité aux stimuli externes peuvent être prédites en se basant sur des marqueurs EEG pré-stimulus précédemment associés à des états conscients. Dans l'ensemble, cette thèse fournit des preuves expérimentales démontrant que le traitement conscient de l'information fluctue à l'intérieur des états de conscience traditionnellement définis, en fonction des dynamiques cérébrales en cours. Cela souligne la nécessité de nouvelles avancées théoriques et empiriques pour redéfinir ces états afin de comprendre pleinement leur complexité et la multitude de processus qu'ils englobent