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Prise de décision ? Le mécanisme de prise de décision du cerveau révélé

Résumé : Une nouvelle étude a mis en évidence les mécanismes neuronaux utilisés dans la planification, révélant une interaction entre le cortex préfrontal et l'hippocampe. L'étude montre comment le cerveau imagine les résultats futurs pour guider les décisions.
Cette recherche met en lumière les processus cognitifs à l’origine de la planification, avec des implications potentielles pour le traitement des troubles affectant la prise de décision.

Faits marquants:

1. Le cortex préfrontal et l’hippocampe interagissent pour simuler les résultats potentiels de la prise de décision.

2. L’étude a utilisé un modèle informatique validé avec des données provenant à la fois d’humains et de rats.

3. Les résultats montrent comment ces régions du cerveau nous permettent de réfléchir avant d’agir, ce qui est crucial pour le comportement adaptatif.

Source : NYU

En prenant le temps de réfléchir avant de prendre une décision importante, nous pouvons imaginer les conséquences potentielles de différents choix que nous pourrions faire. Bien que cette « simulation mentale » soit essentielle à la façon dont nous planifions et prenons des décisions dans la vie de tous les jours, la façon dont le cerveau fonctionne pour y parvenir n’est pas bien comprise.

Une équipe internationale de scientifiques a désormais découvert des mécanismes neuronaux utilisés dans la planification.

Ses résultats, publiés dans la revue Nature Neuroscience , suggèrent qu'une interaction entre le cortex préfrontal et l'hippocampe du cerveau nous permet d'imaginer des résultats futurs afin de guider nos décisions.

 Ces simulations mentales de futurs potentiels, modélisées sous forme d'interactions entre le cortex préfrontal et l'hippocampe, nous permettent de nous adapter rapidement à de nouveaux environnements, comme faire un détour après avoir découvert qu'une route est bloquée. Crédit : Neuroscience News

« Le cortex préfrontal agit comme un « simulateur », testant mentalement les actions possibles à l'aide d'une carte cognitive stockée dans l'hippocampe », explique Marcelo Mattar, professeur adjoint au département de psychologie de l'université de New York et l'un des auteurs de l'étude.

« Cette recherche met en lumière les mécanismes neuronaux et cognitifs de la planification, un élément essentiel de l’intelligence humaine et animale. Une meilleure compréhension de ces mécanismes cérébraux pourrait à terme améliorer le traitement des troubles affectant les capacités de prise de décision. »

Les rôles du cortex préfrontal, utilisé dans la planification et la prise de décision, et de l’hippocampe, utilisé dans la formation et le stockage de la mémoire, sont bien établis depuis longtemps. Cependant, leurs fonctions spécifiques dans la prise de décision délibérative , qui correspond aux types de décisions qui nous obligent à réfléchir avant d’agir, sont moins claires.

Pour éclairer les mécanismes neuronaux de la planification, Mattar et ses collègues – Kristopher Jensen, neuroscientifique computationnel à l’University College de Londres, et Guillaume Hennequin, professeur de neurosciences computationnelles à l’Université de Cambridge – ont développé un modèle informatique pour prédire l’activité cérébrale pendant la planification.

Ils ont ensuite analysé les données provenant d’humains et de rats de laboratoire* pour confirmer la validité du modèle : un réseau neuronal récurrent (RNN), qui apprend des modèles en fonction des informations entrantes.

Le modèle a pris en compte les connaissances existantes en matière de planification et a ajouté de nouvelles couches de complexité, y compris des « actions imaginées », capturant ainsi la manière dont la prise de décision implique de peser l’impact des choix potentiels, de la même manière qu’un joueur d’échecs envisage des séquences de coups avant de s’engager dans l’un d’eux.

Ces simulations mentales de futurs potentiels, modélisées comme des interactions entre le cortex préfrontal et l’hippocampe, nous permettent de nous adapter rapidement à de nouveaux environnements, comme faire un détour après avoir constaté qu’une route est bloquée.

Les scientifiques ont validé ce modèle informatique en utilisant à la fois des données comportementales et neuronales. Pour évaluer la capacité du modèle à prédire le comportement , les scientifiques ont mené une expérience inédite mesurant la façon dont les humains parcouraient un labyrinthe en ligne sur un écran d'ordinateur et le temps qu'ils devaient réfléchir avant chaque étape.

Pour valider les prédictions du modèle sur le rôle de l' hippocampe dans la planification, ils ont analysé les enregistrements neuronaux de rongeurs naviguant dans un labyrinthe physique configuré de la même manière que dans l'expérience humaine.

En confiant une tâche similaire aux humains et aux rats, les chercheurs ont pu établir des parallèles entre les données comportementales et neuronales, un aspect particulièrement innovant de cette recherche.

Les résultats expérimentaux sont cohérents avec le modèle informatique, montrant une interaction complexe entre le cortex préfrontal et l'hippocampe. Dans les expériences sur l'homme, l'activité cérébrale des participants reflétait plus de temps de réflexion avant d'agir pour naviguer dans le labyrinthe.

Dans les expériences menées sur des rats de laboratoire, les réponses neuronales des animaux lors de leurs déplacements dans le labyrinthe ressemblaient aux simulations du modèle.

« Dans l’ensemble, ces travaux fournissent des connaissances fondamentales sur la manière dont ces circuits cérébraux nous permettent de réfléchir avant d’agir afin de prendre de meilleures décisions », observe Mattar.

« De plus, une méthode dans laquelle les participants humains et animaux aux expériences et les RNN ont tous été formés pour effectuer la même tâche offre un moyen innovant et fondamental d'obtenir des informations sur les comportements. »

À propos de cette actualité sur la prise de décision et la recherche en neurosciences

Auteur : James Devitt
Source : NYU
Contact : James Devitt – NYU
Image : L'image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« Un modèle de réseau récurrent de planification explique la répétition hippocampique et le comportement humain » par Marcelo Mattar et al. Nature Neuroscience

Abstrait

Un modèle de réseau récurrent de planification explique la répétition hippocampique et le comportement humain

Face à une situation inédite, les individus passent souvent beaucoup de temps à réfléchir à des futurs possibles. Pour qu'une telle planification soit rationnelle, les bénéfices comportementaux doivent compenser le temps passé à réfléchir.

Ici, nous capturons ces caractéristiques du comportement en développant un modèle de réseau neuronal où la planification elle-même est contrôlée par le cortex préfrontal.

Ce modèle consiste en un agent d'apprentissage par méta-renforcement augmenté de la capacité de planifier en échantillonnant des séquences d'actions imaginées à partir de sa propre politique, que nous appelons « déploiements ».

Dans une tâche de navigation spatiale, l'agent apprend à planifier lorsque cela est bénéfique, ce qui fournit une explication normative à la variabilité empirique des temps de pensée humaine.

De plus, les modèles de déploiement des politiques utilisés par l’agent artificiel ressemblent étroitement aux modèles de répétitions hippocampiques des rongeurs.

Nos travaux fournissent une théorie sur la manière dont le cerveau pourrait mettre en œuvre la planification par le biais d’interactions préfrontales-hippocampiques, où les répétitions hippocampiques sont déclenchées par la dynamique préfrontale et l’affectent de manière adaptative.

Juillet 2024