Des réseaux sémantiques aux réseaux cérébraux sous-tendant la capacité créative – CREANET

Dans le premier WP, nous avons créé de nouvelles tâches pour sonder le rôle de l’organisation des connaissances (structure de la mémoire) et des processus de recherche en mémoire dans la créativité. Par exemple, la tâche de jugement de similarité demande aux participants d’évaluer à quel point les paires de mots sont liées. À l’aide d’outils de science des réseaux, nous transformons ces évaluations en SemNets individuels, qui modélisent l’architecture des connaissances de chaque personne. Nous avons également conçu des tâches d’association de mots pour explorer comment les participants parcourent leur mémoire (comment ils listent ou regroupent leurs réponses à un indice donné) et pour mesurer jusqu’où ils peuvent s’éloigner de cet indice (pensée distante), composante centrale de la pensée créative. Enfin, les participants ont complété des tests classiques de créativité et des questionnaires.

Nous avons combiné ces tâches cognitives à des méthodes d’imagerie cérébrale basées sur l’IRM dans plusieurs expériences. Nous avons utilisé des approches de connectivité structurelle et fonctionnelle afin d’identifier la contribution de différents réseaux cérébraux à la structure des connaissances, aux processus de recherche en mémoire, à la pensée distante et à la créativité.

Dans le deuxième WP, nous avons étudié la dynamique de la structure des connaissances en lien avec la pensée créative. Bien que les SemNets capturent généralement une image statique de la mémoire, nous avons mis au point un protocole permettant de suivre leur restructuration dynamique lorsque les participants résolvaient un problème. Les SemNets des participants comprennent des nœuds représentant des concepts pertinents ou non pour la solution, et ont été estimés avant et après la tentative de résolution d’une énigme. En comparant les SemNets pré et post énigme, nous avons mesuré comment l’organisation des concepts liés au problème a évolué, quantifiant ainsi la restructuration de la mémoire.

Dans une autre expérience, nous avons étudié les stades du sommeil et leurs caractéristiques électrophysiologiques en lien avec la résolution de problèmes et la restructuration. Parce que le sommeil REM est considéré comme un état « hyperassociatif » qui renforce les liens entre les concepts éloignés, nous avons testé l’hypothèse selon laquelle le sommeil REM favorise la restructuration de la mémoire. Les participants ont abordé une énigme avant et après une période d’incubation de 90 minutes passée en sommeil REM, en sommeil NREM ou en état de veille. La restructuration de la mémoire a été quantifiée par la différence entre les SemNets avant et après l’incubation. Pour chaque condition de sommeil, nous avons extrait des marqueurs EEG fins et les avons reliés à l’ampleur de la restructuration.

Les résultats du WP1 ont identifié des propriétés des SemNets et des schémas de connectivité fonctionnelle cérébrale capables de prédire les capacités et l’accomplissement créatif. Par exemple, nous avons montré que, lorsque la structure de la mémoire sémantique (telle qu’elle se reflète dans l’organisation des SemNets) est segmentée en différentes parties (modules), les individus sont moins aptes à connecter ces parties, ce qui entraîne une créativité moindre. Au niveau cérébral, nous avons identifié des motifs spécifiques de connectivité fonctionnelle qui lient l’organisation des SemNets à l’accomplissement créatif.

Nous avons également précisé comment la créativité repose sur des processus de recherche et de récupération en mémoire. La recherche en mémoire, réalisée lors de la tâche d’association de mots, a mis en évidence des comportements distincts (groupement de concepts similaires vs. passage à des concepts différents) qui sont liés aux propriétés des SemNets et à différentes dimensions de la capacité créative. Au fil de plusieurs études, nous avons caractérisé ces composantes de recherche, identifié leurs signatures de connectivité fonctionnelle cérébrale, et les avons associées à la créativité.

Enfin, nous avons isolé les composantes cognitives, spontanées et contrôlées, impliquées dans la pensée distante. Nous avons identifié les régions cérébrales essentielles de chaque composante ainsi que la manière dont ces régions sont liées à des réseaux cérébraux à grande échelle. Ces résultats font progresser notre compréhension de l’architecture neurocognitive de la créativité en caractérisant différents composants et leurs bases cérébrales.

Les résultats du WP2 ont montré que la restructuration de la mémoire, reflétée par la réorganisation des SemNets, constitue un mécanisme mental à la base de la résolution de problèmes. Nous avons démontré qu'une restructuration des SemNets prédisait la réussite à résoudre un problème ou une énigme (en particulier, la résolution accompagnée d'une soudaine sensation de « Eurêka »), ainsi qu'une nouvelle énigme analogue. Ces résultats révèlent que les changements dans les SemNets capturent la réorganisation dynamique des associations sémantiques qui se produit au cours du processus créatif.

En utilisant cet outil, nous avons étudié l'effet du sommeil sur la restructuration de la mémoire et la résolution de problèmes. Les résultats ont montré que le sommeil, en particulier le sommeil REM, peut renforcer le mécanisme de restructuration. Cette restructuration liée au sommeil REM était associée à des marqueurs EEG d'un mode de cognition « plus riche ». Enfin, le sommeil REM à lui seul ne garantit pas la résolution réussie d'un problème, ce qui suggère qu'une restructuration plus poussée ou des processus supplémentaires sont nécessaires pour parvenir à la solution. Ces résultats confirment empiriquement que le sommeil REM transforme qualitativement notre mémoire en remodelant les associations sémantiques.

La créativité stimule le progrès culturel et économique et aide les sociétés à relever les défis futurs. Au niveau individuel, l’expression créative est largement reconnue comme essentielle à l’accomplissement de soi et au bien-être. Paradoxalement, les mécanismes cognitifs et neuronaux de la créativité restent peu explorés et donc peu compris, ce qui limite notre capacité à améliorer la créativité des personnes. Ce projet mobilise des approches originales pour élargir de manière significative notre connaissance des mécanismes neurocognitifs qui génèrent des idées ou résolvent des problèmes, ainsi que de l’impact du sommeil sur ces mécanismes.

Les nouvelles connaissances acquises pourraient constituer la base d’interventions neurocognitives (par exemple, un entraînement cognitif ciblé, du neurofeedback) visant à renforcer la créativité.

Les outils cognitifs que nous avons validés— et leurs métriques basées sur les SemNets individuels, les indices de restructuration de la mémoire, les taches d’associations de mots—offrent des mesures explicatives et mécanistiques qui pourraient compléter les mesures de la créativité existantes, principalement psychométriques et basées sur l’évaluation d’un produit. De tels outils seront précieux pour les études scientifiques à venir, par exemple pour examiner comment l’humeur ou l’environnement influencent la créativité, ou l’effet de l’entraînement ou d’une intervention cérébrale sur la créativité.

Le transfert clinique des tâches et des mesures développées dans ce projet pourrait fournir aux cliniciens de nouveaux outils pour détecter des troubles cognitifs subtils dans les pathologies neuro psychiatriques et mieux comprendre les difficultés quotidiennes des patients, avec des implications pour la réorientation professionnelle et la psycho éducation. Ainsi, les implications de notre travail ne portent pas sur une application clinique unique, mais pourraient bénéficier à tout trouble qui perturbe les réseaux cérébraux à l’origine de la créativité et de la résolution de problèmes, en aidant cliniciens et patients à identifier et à gérer les déficits associés.

La créativité est une capacité cognitive essentielle pour répondre aux défis de notre société et de notre vie quotidienne. Connaître ses mécanismes et les facteurs pouvant l’influencer apparaît essentiel. Parmi les facteurs sur lesquels chacun pourrait agir, le sommeil semble être un facteur clé. Pourtant, les mécanismes nous permettant de résoudre des problèmes et de trouver des solutions créatives, ainsi que le rôle du sommeil dans ces mécanismes sont peu compris. L’objectif du projet est de caractériser les mécanismes neurocognitifs impliqués dans créativité et l’impact du sommeil sur ceux-ci.
La créativité repose sur la capacité à établir de nouveaux liens entre des concepts éloignés, permettant de générer de nouvelles idées ou de résoudre des problèmes. Notre hypothèse de travail est que la façon dont les personnes traitent les associations entre les concepts est un mécanisme clé de la créativité. Le but de ce projet est de mieux comprendre ce mécanisme et comment il émerge des propriétés fonctionnelles cérébrales. Une première partie visera à déterminer, à l’aide d’outils d’étude des systèmes complexes de type graphes, comment l’organisation des associations sémantiques soutient les capacités créatives et identifier la connectivité fonctionnelle cérébrale sous-jacente. La seconde partie considérera la réorganisation des associations sémantiques comme un mécanisme de résolution de problèmes et examinera comment le sommeil, et ses paramètres électrophysiologiques, facilitent ce mécanisme. Les résultats de ce projet permettront de clarifier les mécanismes de créativité, de valider de nouvelles mesures de ses mécanismes spécifiques, d’identifier leurs substrats cérébraux, et de déterminer le rôle du sommeil dans ces mécanismes. Les nouvelles connaissances générées par ce programme offriront de nouvelles perspectives d'applications pratiques pour évaluer et améliorer la creativité, avec un impact prévisible positif sur la société et l'innovation.