New paper on a mechanism underlying perceptual consciousness

How we perceive the world and ourselves is a major subject of philosophical and scientific enquiry. Recently, cognitive neuroscience has started tackling these issues: it proposes to describe the neural bases of perceptual awareness, i.e. the subjective experience associated with the processing of a sensory stimulus, and of self-consciousness, i.e. the ability to control and monitor our own mental states. In a recent study published in Nature Communications, we propose that beyond simple cerebral correlates, perceptual and self-consciousness involve a common neural mechanism: evidence accumulation.

In a collaboration between the CNRS, the Swiss Federal Institute of Technology, the University Hospitals in Geneva, and the Wyss Center, we had the opportunity to record the neuronal activity of a patient with epilepsy who received an implant in a region that is still little explored at this scale in humans: the posterior parietal cortex. When an individual has to make a decision between two alternatives, this region of the brain is used to accumulate evidence in favor of one or the other option. In our experiments, the patient was asked to detect the occurrence of low amplitude tactile vibrations on the wrist and then to report the confidence he attributed to each of his responses. The combination of these detection and confidence judgements allowed us to simultaneously study the role of the posterior parietal cortex for perceptual and self-consciousness. In particular, we have identified neurons accumulating evidence whose activity systematically varies according to detection and confidence responses. We have been able to reproduce these results in healthy volunteers and in silico, by developing a computational model that considers that a stimulus is consciously detected if the accumulated evidence reaches a threshold, and that defines confidence as the distance between the maximum of the accumulated evidence over time and this threshold.

These results have important implications, notably by providing behavioral, neural, and computational evidence that perceptual and self-consciousness are deeply linked and rely on evidence accumulation mechanisms essential for decision making. Our results could have an impact beyond basic research, as the signature of consciousness by evidence accumulation may serve as an objective marker in individuals who cannot report their conscious experience such as non-communicative patients, newborns, or non-human animals.

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L’accumulation d’évidence: un mécanisme commun à la conscience du monde et de soi La manière dont nous percevons le monde et nous-mêmes est un sujet d’étude philosophique et scientifique majeur. Depuis peu, les neurosciences cognitives se sont emparées de ces questions: elles proposent de décrire les bases neurales de la conscience perceptuelle, c’est à dire l’expérience subjective associée au traitement d’un stimulus sensoriel, et de la conscience de soi, c’est à dire la capacité que l’on a de contrôler et surveiller nos propres états mentaux. Dans une étude récente publiée dans Nature Communications, nous proposons qu'au-delà des simples corrélats cérébraux, la conscience perceptuelle et de soi font appel à un mécanisme neuronal commun: l’accumulation d’évidence.

Au sein d’une collaboration entre le CNRS, l’Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, les hôpitaux universitaires de Genève, et le centre Wyss, nous avons eu l’opportunité d'enregistrer l'activité neuronale d’un patient avec épilepsie ayant reçu un implant dans une région encore peu explorée à cette échelle chez l’humain: le cortex pariétal postérieur. Lorsqu’un individu est amené à prendre une décision entre deux alternatives, cette région cérébrale est mise en oeuvre pour accumuler de l’évidence en faveur d’une ou l’autre option. Dans nos expériences, il s’agissait pour le patient de détecter l'occurrence de vibrations tactiles de faible amplitude sur son poignet, puis de rapporter la confiance qu’il attribuait à chacune de ses réponses. La combinaison de ces jugements de détection et de confiance nous a permis d’étudier simultanément le rôle du cortex pariétal postérieur pour la conscience perceptuelle et la conscience de soi. Nous avons notamment identifié des neurones accumulateurs d’évidence dont l’activité varie systématiquement selon les réponses de détection et de confiance. Nous avons pu reproduire ces résultats chez des volontaires sains et in silico , en développant un modèle computationnel qui considère qu'un stimulus est consciemment détecté si l’évidence accumulée atteint un seuil, et qui déduit la confiance comme étant la distance entre le maximum de l’évidence accumulée au cours du temps et ce seuil.

Ces résultats ont des implications importantes, notamment en fournissant des preuves comportementales, neurales, et computationnelles que conscience perceptuelle et conscience de soi sont profondément liées et reposent sur des mécanismes d’accumulation d’évidence essentiels à la prise de décision. Nos résultats pourraient avoir un impact allant au-delà de la recherche fondamentale, la signature de la conscience par l'accumulation d’évidence pouvant servir de marqueur objectif chez des individus qui ne peuvent pas rapporter leur expérience consciente comme les patients non-communicants, les nouveaux-nés, ou les animaux non-humains.