Characterizing the neuro-cognitive architecture of non-conscious working memory

par Darinka Trübutschek

Thèse de doctorat en Neurosciences cognitives

Sous la direction de Stanislas Dehaene.

Le président du jury était Catherine Tallon-Baudry.

Le jury était composé de Sébastien Marti, Paolo Bartolomeo, Lucie Charles.

Les rapporteurs étaient David Soto, Mark Stokes.

  • Titre traduit

    Caractérisation de l'architecture neurocognitive de la mémoire non-consciente


  • Résumé

    Depuis plus d'un siècle, les neuroscientifiques considèrent la mémoire de travail comme liée à la conscience, les deux fonctions ayant des caractéristiques et des mécanismes cérébraux similaires. Des travaux récents remettent en question cette interprétation en démontrant que des informations non-conscientes peuvent affecter le comportement pendant plusieurs secondes (« vision aveugle »), et suggérant qu'il existe un véritable système de mémoire de travail non-conscient. Nous combinons ici l’étude du comportement, l’imagerie du cerveau à haute résolution temporelle, et la modélisation computationnelle pour tester ces hypothèses. Nous rejetons d’abord plusieurs explications alternatives à la vision aveugle, montrant que celle-ci résulte d'un processus véritablement non-conscient. Nous montrons également que le maintien non-conscient de l’information ne s’accompagne pas nécessairement d'une activité cérébrale soutenue, mais pourrait dépendre d’états cérébraux «silencieux» qui impliquent des changements transitoires dans la connectivité synaptique. Ensuite, nous explorons systématiquement les propriétés clés de la mémoire de travail consciente dans le contexte de la vision aveugle. Même si plusieurs éléments et leur ordre temporel peuvent être stockés de manière non-consciente, la manipulation des représentations nécessite l’accès conscient et une activité neuronale soutenue. Ces résultats défient les théories qui assimilent le maintien de l'information en mémoire de travail à une activité consciente soutenue. Ils contredisent aussi la notion d'une véritable mémoire «de travail» non-consciente. Nous proposons donc l'existence d'une mémoire à court terme "silencieuse".


  • Résumé

    Our lives hinge on our ability to hold information online for immediate use. For over a century, cognitive neuroscientists have regarded such working memory as closely related to consciousness, with both functions sharing similar features and brain mechanisms. Recent work has challenged this view, demonstrating that non-conscious information may affect behavior for several seconds, and suggesting that there exists a genuine non-conscious working memory system. I here combine behavioral and modeling approaches with time-resolved magnetoencephalography and multivariate pattern analysis to put this proposal to the test. In a first study, I rule out alternative explanations for the long-lasting blindsight effect, showing that it results from a genuinely non-conscious process. Crucially, this non-conscious maintenance is not accompanied by persistent delay-period activity, but instead stores information in “activity-silent” brain states via transient changes in synaptic weights. In a second set of experiments, I systematically evaluate key properties of conscious working memory in the context of long-lasting blindsight. While even multiple items and their temporal order may be stored non-consciously, manipulating stored representations is associated with consciousness and sustained neural activity. Together, these results challenge theories that equate the maintenance of information in working memory with conscious activity sustained throughout the delay period, but also contradict the notion of a genuine non-conscious “working” memory. Instead, I propose the existence of activity-silent short-term memory.


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