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319. NEUROSCIENCES

Actions Motrices : Comment le cerveau transforme les informations sensorielles en actions

Résumé : Des neuroscientifiques ont découvert comment les informations sensorielles se transforment en actions motrices dans plusieurs régions du cerveau chez la souris. L'étude montre que la prise de décision est un processus distribué dans le cerveau, où les neurones relient les informations sensorielles aux actions. Des chercheurs ont découvert qu’après avoir appris une tâche, les souris traitent les informations dans de nombreuses régions du cerveau, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur la dynamique neuronale à l’échelle du cerveau. Ces travaux pourraient aider à Résumé : Des neuroscientifiques ont découvert comment les informations sensorielles se transforment en actions motrices dans plusieurs régions du cerveau chez la souris. L'étude montre que la prise de décision est un processus distribué dans le cerveau, où les neurones relient les informations sensorielles aux actions.

Des chercheurs ont découvert qu’après avoir appris une tâche, les souris traitent les informations dans de nombreuses régions du cerveau, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur la dynamique neuronale à l’échelle du cerveau. Ces travaux pourraient aider à concevoir des réseaux neuronaux plus distribués pour les systèmes d’intelligence artificielle.

Faits marquants :

· La prise de décision dans le cerveau est un processus global et distribué impliquant de nombreuses régions.

· L’apprentissage améliore la capacité du cerveau à intégrer les informations sensorielles dans plusieurs domaines.

· L’étude fournit des informations qui pourraient aider au développement de réseaux neuronaux d’IA avancés.

Source : Centre d'accueil Sainsbury

Des neuroscientifiques ont révélé comment les informations sensorielles sont transformées en actions motrices dans plusieurs régions du cerveau chez la souris.

 

La recherche, menée au Sainsbury Wellcome Centre de l’UCL, montre que la prise de décision est un processus global à travers le cerveau qui est coordonné par l’apprentissage.

Ces résultats pourraient aider la recherche en intelligence artificielle en fournissant des informations sur la manière de concevoir des réseaux neuronaux plus distribués.

« Ce travail unifie les concepts précédemment décrits pour des zones cérébrales individuelles en une vision cohérente qui correspond à la dynamique neuronale à l’échelle du cerveau. Nous avons maintenant une image complète de ce qui se passe dans le cerveau lorsque les informations sensorielles sont transformées en action par un processus de décision », explique le professeur Tom Mrsic-Flogel, directeur du Sainsbury Wellcome Centre à l’UCL et auteur correspondant de l’article.

L'étude, publiée aujourd'hui dans Nature , décrit comment les chercheurs ont utilisé les sondes Neuropixels, une technologie de pointe permettant des enregistrements simultanés sur des centaines de neurones dans plusieurs régions du cerveau, pour étudier des souris participant à une tâche de prise de décision.

La tâche, développée par le Dr Ivana Orsolic du SWC, a permis à l’équipe de faire la distinction entre le traitement sensoriel et le contrôle moteur.

Les chercheurs ont également révélé la contribution de l’apprentissage en étudiant des animaux entraînés à la tâche et en les comparant à des animaux naïfs.

« Nous prenons souvent des décisions sur la base de preuves ambiguës. Par exemple, lorsqu’il commence à pleuvoir, vous devez décider de la fréquence à laquelle les gouttes de pluie doivent tomber avant d’ouvrir votre parapluie. Nous avons étudié cette même intégration de preuves ambiguës chez la souris pour comprendre comment le cerveau traite les décisions perceptives », explique le Dr Michael Lohse, chercheur postdoctoral Sir Henry Wellcome au SWC et co-auteur principal de l’étude.

Des souris ont été entraînées à rester immobiles pendant qu'elles observaient un motif visuel se déplacer sur un écran. Pour recevoir une récompense, les souris devaient lécher un bec lorsqu'elles détectaient une augmentation soutenue de la vitesse de déplacement du motif visuel. La tâche a été conçue de manière à ce que la vitesse du mouvement ne soit jamais constante, mais qu'elle fluctue continuellement.

Le moment de l’augmentation de la vitesse moyenne changeait également d’un essai à l’autre, de sorte que les souris ne pouvaient pas simplement se souvenir du moment où l’augmentation soutenue s’était produite. Les souris devaient donc constamment prêter attention au stimulus et intégrer les informations pour déterminer si l’augmentation de la vitesse s’était produite.

« En entraînant les souris à rester immobiles, l’analyse des données que nous avons pu effectuer était beaucoup plus propre et la tâche nous a permis d’observer comment les neurones suivent les fluctuations aléatoires de vitesse avant que les souris n’effectuent une action.

« Chez les souris entraînées, nous avons constaté qu’aucune région cérébrale n’intègre les données sensorielles ou n’orchestre le processus. Au contraire, nous avons découvert que des neurones dispersés mais largement répartis dans le cerveau relient les données sensorielles et l’initiation de l’action », explique le Dr Andrei Khilkevich, chercheur principal au laboratoire Mrsic-Flogel et co-auteur principal de l’étude.

Les chercheurs ont enregistré plusieurs fois les données de chaque souris et ont collecté des données provenant de plus de 15 000 cellules réparties dans 52 régions cérébrales de 15 souris entraînées. Pour étudier l'apprentissage, l'équipe a également comparé les résultats à des enregistrements de souris naïves.

« Nous avons constaté que lorsque les souris ne savent pas ce que signifie le stimulus visuel, elles ne représentent l'information que dans le système visuel du cerveau et dans quelques régions du mésencéphale. Une fois qu'elles ont appris la tâche, les cellules intègrent les preuves dans tout le cerveau », explique le Dr Lohse.

Dans cette étude, l’équipe n’a examiné que les animaux naïfs et ceux qui avaient pleinement appris la tâche, mais dans le cadre de travaux futurs, elle espère découvrir comment le processus d’apprentissage se produit en suivant les neurones au fil du temps pour voir comment ils évoluent lorsque les souris commencent à comprendre la tâche.

Les chercheurs cherchent également à déterminer si des zones spécifiques du cerveau agissent comme des centres causaux dans l’établissement de ces liens entre sensations et actions.

L’étude a également soulevé plusieurs questions supplémentaires, notamment la manière dont le cerveau intègre l’attente du moment où la vitesse du motif visuel va augmenter, de sorte que les animaux ne réagissent au stimulus que lorsque l’information est pertinente. L’équipe prévoit d’étudier ces questions plus en détail à l’aide de l’ensemble de données qu’elle a collecté.

 

Financement : Cette étude a été financée par des bourses Wellcome (217211/Z/19/Z et 224121/Z/21/Z) et par la subvention de base du Sainsbury Wellcome Centre de la Gatsby Charitable Foundation (GAT3755) et Wellcome (219627/Z/19/Z).

 

À propos de cette actualité sur la recherche en neurosciences

Auteure : April Cashin-Garbutt

Source : Sainsbury Wellcome Center

Contact : April Cashin-Garbutt – Sainsbury Wellcome Center

Image : L'image est créditée à Neuroscience News

Recherche originale : Accès libre.
« La dynamique cérébrale transforme la sensation en action lors de la prise de décision » par Tom Mrsic-Flogel et al. Nature

 

Abstrait

Dynamique cérébrale transformant la sensation en action lors de la prise de décision

Les décisions perceptives reposent sur des associations apprises entre les preuves sensorielles et les actions appropriées, impliquant le filtrage et l’intégration des entrées pertinentes pour préparer et exécuter des réponses opportunes.

Malgré la nature distribuée des représentations pertinentes pour les tâches, on ne sait toujours pas comment les transformations entre les entrées sensorielles, l’intégration des preuves, la planification motrice et l’exécution sont orchestrées à travers les zones cérébrales et les dimensions de l’activité neuronale.

Nous avons abordé cette question en enregistrant l’activité neuronale à l’échelle du cerveau chez des souris apprenant à signaler des changements dans des entrées visuelles ambiguës. Après l’apprentissage, des preuves d’intégration sont apparues dans la plupart des zones cérébrales dans des populations neuronales clairsemées qui pilotent l’activité préparatoire au mouvement.

Les réponses visuelles ont évolué à partir d'activations transitoires dans les zones sensorielles vers des représentations soutenues dans le cortex frontal-moteur, le thalamus, les noyaux gris centraux, le mésencéphale et le cervelet, permettant une accumulation parallèle de preuves. Dans les zones qui accumulent des preuves, des modèles d'activité de population partagés codent les preuves visuelles et la préparation du mouvement, distinctes de la dynamique d'exécution du mouvement.

L'activité dans le sous-espace de préparation du mouvement est dirigée par des neurones qui intègrent les preuves, qui s'effondrent au début du mouvement, permettant au processus d'intégration de se réinitialiser. Dans les régions prémotrices, les échelles de temps d'intégration des preuves étaient indépendantes de la dynamique régionale intrinsèque et dépendaient donc de l'expérience de la tâche.

En résumé, l’apprentissage aligne l’accumulation de preuves sur la préparation de l’action dans la dynamique d’activité dans des dizaines de régions cérébrales. Cela conduit à des transformations sensori-motrices hautement distribuées et parallélisées lors de la prise de décision.

Notre travail unifie les concepts des domaines de la prise de décision et du contrôle moteur dans un cadre à l’échelle du cerveau pour comprendre comment les preuves sensorielles contrôlent les actions.

 

Octobre 2024

 

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