Une étude, dont les résultats intitulés « Distributed cell assemblies spanning prefrontal cortex and striatum » ont été publiés dans la revue Current Biology, montre que l’enregistrement de l’activité du cortex préfrontal et du striatum ventral chez le rat révèle des activations très synchrones (~10 ms), des co-activations étroites orchestrées par des oscillations cérébrales. Comme l’activité de ces assemblées révèle des corrélations comportementales absentes, ou faibles chez leurs membres, il s'agit d'une propriété émergente.

Le cortex préfrontal, qui assure des fonctions exécutives, puisqu'il « envoie des projections sur le striatum ventral, crucial pour la prise de décision », a fait l’objet de nombreuses études « du fait de son rôle dans les fonctions exécutives, la mémoire, et la prise de décision ».

Si « la plupart des recherches portent sur les systèmes intégrés (employant l’imagerie fonctionnelle chez l’Homme, l’étude de la perte de fonction à la suite d’activations ou de désactivations expérimentales, ou enregistrements des neurones individuels chez le singe ou le rongeur) », on sait en moins « sur l’activité collective des neurones, et sur les mécanismes de transmission des signaux préfrontaux en aval, en particulier en relation avec des fonctions exécutives ».

Dans ce contexte, cette étude a «enregistré des assemblées de neurones au niveau du cortex préfrontal et du striatum médian et ventral (qui sont impliqués dans plusieurs maladies psychiatriques) » en vue de mieux comprendre le traitement du signal au sein de ce réseau cérébral.

Concrètement, « les rats alternaient entre deux tâches comportementales dans le même labyrinthe en forme de T, l'une dépendant des repères visuels et l’autre des repères spatiaux du dispositif expérimental ». Il est ainsi apparu que « des groupes de neurones préfrontaux et striataux déchargent de façon synchronisée dans une fenêtre de temps de l’ordre de 10 millisecondes » et que « lors de l’activation de ces "assemblées", l’activité des neurones concernés est modulée par des oscillations cérébrales dans les bandes de fréquences 4 Hz, 8 Hz (dite thêta) et de 80 Hz (dite gamma) ». Les activations en question « ne sont pas simplement dues au comportement de l’animal, car elles se reproduisent lors de la période de sommeil suivante ».

Alors que le psychologue Donald Hebb avait postulé en 1949 « que des assemblées de neurones seraient la base des représentations mentales et qu’elles porteraient des informations dépassant celles des neurones individuels, ce qu’il appelait une "propriété émergente" », jusqu’ici, de telles propriétés émergentes s’avéraient très difficile à démontrer expérimentalement.

Aujourd'hui cette étude montre « que l’activité des assemblées est corrélée avec certaines informations requises pour l’exécution de la tâche comportementale, par exemple, la position du rat sur le labyrinthe , son choix entre les deux repères lors d’un essai, et la règle applicable (visuelle ou spatiale) » et surtout « dans certain cas, ces corrélations comportementales des assemblées sont absentes ou faibles dans l’activité de leurs membres ».

Cela suggère que « de telles assemblées de neurones pourraient également exister entre le cortex préfrontal, le striatum et d’autre régions cérébrales, et manifester des propriétés émergentes sous-tendant de multiples fonctions cognitives ».