Nouvel aperçu du rôle du cortex orbitofrontal des primates dans la prise de décision basée sur les valeurs

Nouvel aperçu du rôle du cortex orbitofrontal des primates dans la prise de décision basée sur les valeurs

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Le cortex orbitofrontal (OFC), une sous-section du lobe frontal du cerveau, est connu pour jouer un rôle dans la prise de décision basée sur les valeurs, le processus consistant à peser mentalement le résultat de différentes décisions, puis à en sélectionner une. Les décisions fondées sur la valeur incluent, par exemple, le choix de ce que l’on souhaite acheter en faisant ses courses dans une épicerie ou le choix de l’appartement à louer parmi les options disponibles.

Depuis de nombreuses années, on émet l’hypothèse que l’une des fonctions les plus importantes du BCE est de représenter les valeurs des différentes options de décision. Cependant, les mécanismes neuronaux par lesquels cette région du cerveau transforme les valeurs représentées en décisions réelles restent mal compris.

Des chercheurs de l’Université Rutgers de Newark ont ​​récemment mené une étude visant à mieux comprendre la contribution de l’OFC à la prise de décision fondée sur les valeurs chez les primates. Leur article, publié dans Neurosciences naturellesont découvert une relation cohérente entre les choix effectués par les singes et les signaux de valeur codés par des groupes de neurones dans leur OFC alors qu’ils choisissaient entre différentes options.

“Le projet a été inspiré par trois axes de recherche différents”, a déclaré Vincent B. McGinty, co-auteur de l’article, à Medical Xpress. “Premièrement, notre question de recherche globale concerne la manière dont le cerveau organise la prise de décision basée sur les valeurs. On sait depuis longtemps qu’une partie du cortex préfrontal connue sous le nom de cortex orbitofrontal (OFC) est extrêmement importante pour les décisions basées sur les valeurs. “

Des études antérieures ont montré que lorsque les primates évaluent différentes décisions disponibles, les neurones de leur OFC, appelés neurones codant les valeurs, créent une représentation subjective des valeurs de chacune des offres. Essentiellement, la vitesse à laquelle ces neurones se déclenchent varie en fonction du caractère souhaitable ou indésirable d’une décision pour le primate.

Bien que cette découverte soit bien documentée, le rôle de ces neurones OFC codant des valeurs dans la prise de décision fondée sur des valeurs n’a pas encore été clarifié. McGinty et sa collègue Shira M. Lupkin ont ainsi entrepris de mieux comprendre comment ces neurones contribuent au processus décisionnel.

“C’est une question importante car des changements néfastes dans le comportement décisionnel ainsi que dans la fonction de l’OFC se produisent dans de nombreux troubles neuropsychiatriques, notamment la toxicomanie, la dépression et le trouble obsessionnel-compulsif (TOC)”, a déclaré McGinty. “Pour y répondre, nous nous sommes inspirés d’une deuxième ligne de recherche, une branche différente de la neuroscience décisionnelle qui ne se concentre pas sur les préférences subjectives, mais plutôt sur la perception visuelle et les jugements visuels.”

Dans le contexte de cette étude, le terme « jugement visuel » fait référence aux décisions que prennent les primates en fonction de quelque chose qu’ils voient. Un exemple de ceci serait le jugement émis par un gardien de but de football qui essaie de décider dans quelle direction va le ballon, afin de pouvoir se déplacer dans cette direction.

Notamment, les jugements visuels ont une réponse objectivement correcte (c’est-à-dire, dans l’exemple du gardien de but, la direction dans laquelle le ballon ira finalement), et cette réponse peut être dérivée d’informations sensorielles codées par le système visuel du primate. Le neuroscientifique Bill Newsome a été parmi les premiers à examiner de près ces jugements visuels, à travers une série d’expériences impliquant des singes macaques.

“Dans ces expériences, il a été demandé à des singes macaques de juger la direction du mouvement qu’ils percevaient dans un champ de points mobiles sur un affichage visuel (par exemple, gauche ou droite). Dans certains essais, la direction nette était très facile à juger car les points se sont tous déplacés dans une direction cohérente”, a expliqué McGinty. “Mais dans d’autres essais, la direction du mouvement du filet était ambiguë, et dans ces cas-là, les décisions prises par le singe – ses jugements perceptuels – étaient variables.”

Il y a plusieurs décennies, Newsome et ses collègues ont découvert que la variabilité des choix des singes macaques au cours de leurs expériences pouvait s’expliquer en fonction de l’activité de neurones uniques sensibles au mouvement dans leur système visuel. En d’autres termes, ils ont découvert un lien entre le comportement des singes et la variabilité de l’activité des neurones individuels.

“C’était une découverte très puissante car elle montrait que même les fluctuations subtiles de l’activité neuronale étaient “lues” par les circuits neuronaux en aval d’une manière qui affectait directement la perception et le jugement”, a déclaré McGinty. “Cette étude et d’autres études de suivi ont montré que ces neurones sensibles au mouvement sont les plus susceptibles de piloter la perception du mouvement dans le cerveau des primates.”

Dans leur étude, McGinty et Lupkin ont tenté de trouver un lien neuro-comportemental ressemblant à celui observé par Newsome dans ses expériences. Cependant, au lieu de se concentrer sur les jugements visuels, ils ont recherché un lien similaire entre les décisions basées sur les valeurs et l’activité des neurones OFC codant les valeurs.

“Des études précédentes qui recherchaient ce lien n’avaient trouvé qu’une très faible association entre l’activité des neurones OFC individuels et les décisions fondées sur des valeurs”, a déclaré McGinty. “Ces faibles résultats étaient surprenants, car d’autres études (par exemple, utilisant des lésions de l’OFC) montrent clairement que l’OFC est impliqué d’une manière ou d’une autre dans des choix fondés sur des valeurs. Mais sans identifier le lien entre l’activité de l’OFC dans le comportement, il sera impossible de comprendre ce qui est exact. rôle qu’il joue.

Pour surmonter les défis rencontrés lors d’études antérieures, les chercheurs se sont inspirés d’un troisième axe de recherche qui examine le codage de l’information dans le cerveau au niveau des populations de neurones.

“L’idée du codage de population est que le cerveau représente des informations sur un ensemble distribué de nombreux neurones actifs simultanément”, a déclaré McGinty. “Cela signifie que si vous voulez comprendre les informations représentées dans une partie particulière du cerveau, mesurer les neurones individuels un par un n’est pas suffisant. Au lieu de cela, vous devez mesurer l’activité de plusieurs neurones simultanément, et vous avez besoin de une approche d’analyse qui décode ces informations en fonction de tous les neurones que vous mesurez en même temps. »

L’objectif clé de l’étude était de comprendre la contribution des neurones de l’OFC à une décision simple basée sur des valeurs, mais en examinant l’activité de populations de neurones enregistrées simultanément, plutôt que d’examiner des neurones individuels. Pour ce faire, ils ont enregistré l’activité des populations de neurones dans l’OFC des singes macaques alors qu’ils accomplissaient une tâche de prise de décision basée sur des valeurs.

“Nous avons entraîné des singes macaques à jouer à un jeu de prise de décision simple dans lequel, à chaque essai, nous leur demandons de choisir entre deux objets sur un écran visuel”, a déclaré McGinty. “Chaque objet était associé à une récompense en jus de 1, 2, 3, 4 ou 5 gouttes, qui était remise au singe une fois choisi. Surtout, nous offrions fréquemment au singe deux objets physiquement distincts mais valant la même quantité de jus. ” Ce furent les décisions les plus importantes pour notre étude : parce que les deux options étaient d’égale valeur, nous nous attendions à ce que les choix des singes soient variables d’un essai à l’autre ; notre objectif était d’expliquer cette variabilité en fonction de l’activité neuronale. “

Pendant que les singes jouaient à ce jeu simple, les chercheurs ont surveillé l’activité de leur OFC à l’aide d’une technique d’enregistrement neuronal qui mesure simultanément l’activité de dizaines de neurones. Ils ont ensuite analysé ces enregistrements en conjonction avec les décisions prises par les singes pendant le match.

“Nous souhaitions prédire la variabilité des décisions des singes lors des essais à valeur égale en fonction de la variabilité de l’ensemble des neurones OFC”, a déclaré McGinty. “Pour ce faire, nous avons utilisé une méthode de décodage qui a identifié les modèles d’activité multi-neurones qui représentaient les valeurs des options proposées au singe lors de chaque essai.”

Essentiellement, McGinty et Lupkin ont attribué un poids à chaque neurone enregistré, ce qui correspondait à la sensibilité du neurone à la valeur. Ils ont ensuite calculé la somme pondérée de l’activité des neurones enregistrés au cours de chaque essai.

“Cette approche résume l’activité de tous les neurones enregistrés simultanément et résume cette activité en un seul nombre”, a déclaré McGinty. “Vous pouvez considérer ce nombre (c’est-à-dire la somme pondérée de l’activité neuronale) comme une estimation neuronale de la représentation de la valeur codée par tous les neurones enregistrés lors de cet essai. Nous avons ensuite mesuré dans quelle mesure la variabilité du comportement décisionnel des singes sur les essais à valeur égale pourraient s’expliquer par la variabilité de cette estimation neuronale de la représentation de la valeur dans la population.

Les résultats de cette étude sont alignés sur ceux de travaux antérieurs, car ils ont révélé de faibles associations entre les neurones OFC individuels et les choix des singes lors de tâches de prise de décision basées sur des valeurs.

“Trouver un lien entre les signaux de valeur OFC au niveau de l’ensemble et le comportement résout un mystère sur la fonction du cortex orbitofrontal des primates”, a déclaré McGinty. “Sur la base des preuves précédentes provenant de neurones uniques, il n’était pas clair si les neurones codant les valeurs contribuaient à la prise de décision.

“Mais en utilisant ces méthodes de décodage au niveau de l’ensemble, nous pouvons montrer très clairement la relation entre la variabilité de la représentation des valeurs et la variabilité des choix. C’est l’un des éléments clés nécessaires pour établir que les neurones du cortex orbitofrontal sont responsables de la création du sens. de valeur subjective qui dicte en fin de compte nos actions.

McGinty et Lupkin ont également effectué une analyse de suivi, isolant les modèles d’activité multi-neurones correspondant au choix des singes, indépendamment des modèles représentant leurs valeurs. Ils ont notamment constaté que les modèles d’activité neuronale associés au choix et au codage des valeurs se chevauchaient, mais qu’ils n’étaient pas exactement les mêmes.

“Cela signifie que certains des modèles d’activité liés aux choix dans le cortex orbitofrontal peuvent être attribués à la manipulation des valeurs que nous avons effectuée dans cette étude”, a déclaré McGinty. “Mais l’OFC a également d’autres modèles d’activité liés aux choix qui ne sont pas liés à la valeur, ou du moins à la manipulation de l’ampleur de la récompense que nous avons utilisée ici.

“Il s’agit d’une découverte intrigante car elle suggère que le cortex orbitofrontal pourrait potentiellement représenter plusieurs variables comportementales pertinentes (par exemple, la probabilité d’une récompense donnée) qui pourraient s’aligner sur les modèles d’activité liés aux choix dans ce domaine.”

L’étude récente de cette équipe de chercheurs met en évidence le lien entre les décisions fondées sur les valeurs des primates et l’activité des populations de neurones dans leur OFC, qui pourrait être exploré davantage dans de futures expériences. En fin de compte, les résultats recueillis jettent un nouvel éclairage sur les bases neuronales d’une prise de décision saine au quotidien, ce qui pourrait donner un aperçu de la façon dont ces mécanismes peuvent changer chez les personnes souffrant de diverses maladies mentales.

“Dans la prise de décision basée sur la valeur, nous savons que la valeur n’est pas seulement liée à l’ampleur d’une récompense à venir, mais également à d’autres facteurs tels que la probabilité, l’effort, le retard et les propriétés physiques du résultat lui-même (par exemple, la glace). crème contre chips)”, a ajouté McGinty.

“L’une des choses que nous voulons comprendre à l’avenir est la manière dont ces autres variables sont représentées dans le cortex orbitofrontal et comment les modèles multi-neurones liés à ces variables sont liés aux modèles liés aux choix que nous avons pu étudier. Une autre question importante de haut niveau est de savoir comment ces modèles s’adaptent et changent au cours de l’apprentissage ou dans différents contextes.

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