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Unravelling the mechanisms underlying perceptual consciousness

English title Unravelling the mechanisms underlying perceptual consciousness
Applicant Pereira Michael
Number 199251
Funding scheme Postdoc.Mobility
Research institution Laboratoire de Psychologie + Neuro Cognition CNRS UMR 5105 UGA BSHM
Institution of higher education Institution abroad - IACH
Main discipline Neurophysiology and Brain Research
Start/End 01.05.2021 - 31.10.2022
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Keywords (5)

consciousness; perception; neuron; computational modelling; evidence accumulation

Lay Summary (French)

Lead
La conscience perceptuelle correspond à notre capacité d’avoir une expérience subjective du monde qui nous entoure. L’étude scientifique de la conscience perceptuelle consiste à comparer l’activité indirecte de millions de neurones quand un stimulus présenté au seuil de perception est rapporté comme perçu et quand il n’est l’est pas. Cependant, il est extrêmement difficile de mesurer l’activité de neurones unitaires dans le cerveau humain. Ceci rend la description des mécanismes neuronaux sous-jacents difficile à décrire. Dans ce projet, nous développerons un modèle computationnel de cette activité neuronale que nous mesurerons grâce à des microélectrodes dans la matière grise de patients implantés pour des raisons cliniques.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherche

L’objectif du projet est de décrire les mécanismes neuronaux de la conscience perceptuelle à l’aide d’un modèle computationnel. Cette approche permet d’expliquer les différences d’activité cérébrale avec un modèle qui suppose que certains neurones accumulent petit-à-petit de l’évidence en faveur de la présence d’un stimulus de façon stochastique. Dans une première étude, nous vérifierons les prédictions de ce modèle sur le comportement et l’activité électroencéphalographique de volontaires sains. Dans une deuxième étude, nous vérifierons les prédictions du modèle computationnel sur des neurones unitaires enregistrés chez des patients atteints d’épilepsie. Dans certains cas d’épilepsies sévères, ces patients ont des macroélectrodes temporairement implantées pour localiser la source de leurs crises à des fins cliniques. Des microélectrodes peuvent être insérées en même temps que ces macroélectrodes sans risques additionnels pour les patients et utilisées pour enregistrer l’activité de neurones unitaires. Nous pourrons donc obtenir un support empirique des prédictions du modèle computationnel. 

Contexte scientifique et social du projet de recherche 
Ce projet relève principalement de la recherche fondamentale en permettant une meilleure compréhension des mécanismes cérébraux liés à la conscience. Ces mécanismes pourraient s’avérer utiles pour décrire les états de conscience chez des patients dont l’état de conscience est altéré, ou chez les animaux, ce qui aurait d’importantes implications éthiques.  

Direct link to Lay Summary Last update: 08.04.2021

Responsible applicant and co-applicants

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
187974 Using deep brain stimulation to dig out the subcortical correlates of consciousness 01.11.2019 Early Postdoc.Mobility

Abstract

Perceptual consciousness encompasses the subjective experience and meta-representations of this subjective experience associated with sensory events. The mechanism relating neuronal activity to perceptual consciousness remains one of the most intriguing unsolved question in neuroscience. Theoretical accounts of perceptual consciousness have been proposed, backed by empirical evidence from neuroimaging methods measuring the aggregated activity of thousands to millions of neurons. Indeed, recording single neurons in humans capable of reporting their subjective experience is exceptionally difficult, as it implies getting 40 µm microwires inside the grey matter of human volunteers capable of subjective reports. For this reason, only few studies have succeeded in showing that neurons in specific parts of the human brain change their activity when stimuli are consciously perceived compared to when the same stimuli remain unconscious. Still, the mechanisms linking these changes in neuronal activity to subjective experience and its meta-representations remain unexplained. In this project, I first propose a computational model of perceptual consciousness that will guide the interpretation of how single neuron activity supports perceptual consciousness. This model assumes that perceptual evidence is accumulated until it reaches a threshold corresponding to conscious representation. It also accounts for meta-representations by simulating participants’ confidence in their response, even in the absence of conscious perception. This model will be tested on behavioural data (workpackage WP1). Second, I propose to test this model on intracranial electroencephalography (iEEG; WP2.A) and on single unit activity (SUA; WP2.B) recorded in patients with epilepsy in Grenoble, France and in Brno, Czech Republic. For WP2.B, I will setup a platform for single neurons recordings in Grenoble. This project will allow me to continue a fruitful collaboration with Dr. Nathan Faivre in Grenoble University, become an expert in theories of consciousness with the support of Dr. Liad Mudrik in Tel Aviv University and perfect my experience in setting up and analysing single neurons in humans with the support of Dr. Shuo Wang from West Virginia University. A better mechanistic understanding of perceptual consciousness will help arbitrate between competing theories of consciousness and could have important clinical implications, as disorders of consciousness and metacognition are prevalent in numerous neurological and psychiatric conditions.
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