Neural mechanisms underlying external distraction by unexpected environmental stimuli or by a secondary task : an intracranial EEG investigation

Dans nos vies quotidiennes, l'efficacité et la facilité avec laquelle nous agissons dépendent de manière cruciale de notre capacité à nous concentrer sur ce que nous sommes en train de faire. D'un point de vue neuropsychologique, cet état particulier exige que notre cerveau engage à chaque instant les ressources cognitives strictement nécessaires et suffisantes pour la tâche à accomplir, ce qui se manifeste d'un point de vue neuronal par un équilibre subtil entre un ensemble d'activations et d'inhibitions pour garantir que seuls les processus perceptifs, cognitifs et moteurs pertinents pour la tâche soient actifs, à l'exclusion de tout autre. Dans la pratique, pourtant, ces conditions ne sont quasiment jamais réunies, car nous sommes presque toujours distraits d'une façon ou d'une autre, que ce soit par des événements de notre environnement immédiats ou par des pensées spontanées ou bien encore par des tentatives infructueuses de réaliser plusieurs tâches en même temps. Cette thèse cherche à dévoiler les raisons profondes pour lesquelles la distraction a un effet aussi néfaste sur l'attention et sur la performance. Pourquoi est-il si difficile de se concentrer dans un environnement bruyant ? Pourquoi la performance baisse-t-elle dès que nous essayons d'accomplir en même temps deux tâches difficiles qui demandent de l'attention ? Ces questions font l'objet de vifs débats depuis des années, et les mécanismes sous-jacents ont déjà été modélisés de nombreuses manières, mais jusqu'à présent, aucune étude n'avait encore mené l'enquête au niveau d'étude de la dynamique neuronale le plus fin qu'on puisse envisager pratiquement chez un être humain, combinant la précision spatiale de l'IRM fonctionnelle et la précision temporelle de l'électroencéphalographie. Nous avons utilisé des enregistrements EEG intracrâniens - avec une résolution millimétrique toutes les millisecondes - pour examiner dans deux expériences comment les distractions externes et le multitâche interfèrent avec la dynamique optimale d'une tâche d'attention continue et exigeante, et nous avons abordé ces questions dans le contexte naturaliste d'une interaction sociale directe pour garantir que nos conclusions puissent être étendues à des situations communes de la vie quotidienne. Nous avons constaté que l'équilibre très fin entre les activations et les inhibitions neuronales locales nécessaires à la concentration est rompu pendant de courtes périodes - de l'ordre de la seconde - dans les régions clés pour l'attention et le contrôle exécutif, suffisamment pour déséquilibrer l'activité de réseau et nuire à la performance. Ces données apportent un éclairage nouveau pour interpréter bon nombre des défaillances de l'attention que nous rencontrons tous dans nos vies modernes et ouvrent maintenant la voie à de nouvelles techniques pour tenter d'y remédierIn our everyday lives, efficiency and ease crucially depend on our ability to focus on what we are doing at any given time. From a neuropsychological point of view, it means that we are constantly "on‐task", and that our brain always engages resources that are both necessarily and sufficient for the task at hand: at the neural level, this is characterized by a fine balance between activations and inhibitions to ensure that only perceptual, cognitive and motor processes relevant for the task are active, at the exclusion of any other. Yet, practically, such ideal patterns almost never occur because we are almost constantly distracted, most obviously by events in the environment around us, but also by spontaneous thoughts and fruitless attempts to perform several tasks at the same time. This thesis tries to reveal the deep reasons why distraction has such a profound, detrimental effect on attention and performance. Why is it so hard to stay on task in a noisy environment? Why does performance drop when we try to perform two difficult attention‐demanding tasks at the same time? Those questions have already been debated for years, and modelled in many ways, but no study so far had conducted the investigation at the deepest level of the fine neural dynamics that supports our ability to focus. We used the most precise recordings of a living human brain ‐ intracranial EEG recordings with millisecond and milimetric resolution ‐ to examine in two experiments how external distractions and multi‐tasking interfere with the optimal dynamics of a demanding, continuous attention task, and we addressed those questions in naturalistic settings, in the context of a direct social interaction to ensure our conclusions extend to real‐life situations. We found that the tight balance between excitation and inhibition is disrupted in key regions supporting attention and executive control for short periods of time, at the subsecond level, but sufficiently to knock the network off‐balance and impair performance. Altogether, our results provide explanations for many of the failures of attention of our modern lives and pave the way for new techniques to avoid the