Résumé: Lorsqu’il s’agit de prendre des décisions, plutôt que de s’engager dans une seule stratégie, le cerveau calcule simultanément plusieurs stratégies de décision.
Source: Centre Champalimaud pour l’inconnu
Choisir une ligne de caisse dans un supermarché peut sembler une évidence, mais cela peut en fait impliquer une série complexe de calculs cérébraux. Peut-être comptez-vous le nombre d’acheteurs dans chaque ligne et choisissez-vous le plus court, ou estimez-vous le nombre d’articles sur chaque tapis roulant. Peut-être évaluez-vous rapidement les acheteurs et les articles et peut-être même la rapidité apparente du caissier… En fait, il existe une multitude de stratégies pour résoudre ce problème.
Alors, comment le cerveau sait-il comment prendre des décisions dans des situations comme celle-ci où il existe plusieurs stratégies possibles parmi lesquelles choisir ?
Une étude publiée aujourd’hui 13 avril dans la revue Neurosciences naturelles fournit une réponse surprenante à cette question en montrant que, plutôt que de s’engager dans une seule stratégie, le cerveau peut calculer simultanément plusieurs stratégies de décision alternatives.
L’étude, dirigée par Fanny Cazettes et les auteurs principaux Zachary Mainen et Alfonso Renart, à la Fondation Champalimaud à Lisbonne, au Portugal, a réalisé une expérience spécialement conçue qui utilisait une sorte de configuration de “réalité virtuelle” pour les souris, dans laquelle les animaux étaient chargés avec la recherche d’eau dans un monde virtuel.
Plus précisément, les auteurs ont conçu un « monde virtuel de souris » contenant le type de problème de recherche de nourriture pour lequel les cerveaux des animaux ont évolué, leur permettant d’étudier les stratégies de décision complexes utilisées par les souris.
N’importe quel endroit donné dans le monde virtuel pourrait fournir de l’eau de manière peu fiable et, à un moment donné, « s’assécherait » et cesserait complètement de fournir de l’eau. Les souris devaient décider quand quitter un endroit donné et se déplacer vers un autre à la recherche de plus d’eau.
Pour résoudre la tâche de manière optimale, la meilleure stratégie serait que les souris apprennent à compter le nombre de tentatives manquées consécutives pour obtenir de l’eau sur un site donné et à changer d’emplacement lorsque le nombre de ratés consécutifs était suffisamment important.
Mais il existait plusieurs stratégies alternatives pour traiter la série d’essais réussis et infructueux, y compris, par exemple, le calcul de la différence entre le nombre de tentatives réussies et infructueuses.
Chaque stratégie combine les échecs et les tentatives réussies dans le temps d’une manière particulière, et a donc un cours temporel de signature – qui est appelé la “variable de décision” – qui peut être comparé au cours temporel des modèles d’activité cérébrale.
Les chercheurs ont enregistré l’activité de grands ensembles de cellules cérébrales individuelles dans une partie du cerveau connue sous le nom de cortex prémoteur pendant que les souris effectuaient la tâche. Ils ont ensuite recherché des combinaisons des profils temporels d’activité des neurones prémoteurs enregistrés qui ressemblaient aux variables de décision associées aux différentes stratégies.
À la surprise des auteurs, les données ont montré que si chaque souris se concentrait sur sa propre stratégie, ce n’était pas le cas de son cerveau.
Fanny Cazettes explique : « Nous avons constaté que, si l’activité dans le cortex prémoteur reflétait le calcul que la souris utilisait réellement, elle reflétait également des variables de décision alternatives utiles pour la même tâche, et même des variables de décision utiles pour d’autres tâches.
Zach Mainen, l’un des principaux auteurs de l’étude, ajoute que “contrairement à notre expérience dans les lignes de paiement, nous avons constaté que le cerveau peut en fait exécuter plusieurs stratégies de comptage différentes en même temps, ce qui rappelle le concept de superposition en mécanique quantique”. .”
Bien qu’il reste encore beaucoup à explorer dans ce domaine, cette étude fournit une base importante pour les recherches futures.
“Nos résultats suggèrent la nécessité de nouvelles façons de penser les processus de base impliqués dans la prise de décision et la sélection des actions. L’une de nos prochaines étapes consistera à étudier comment le cerveau sélectionne entre différentes variables de décision et comment ces décisions se traduisent en actions », explique Fanny Cazettes.
Quelle pourrait être l’utilité de représenter simultanément les stratégies utilisées et non utilisées ?
“Cet arrangement pourrait faciliter la flexibilité cognitive et l’apprentissage, car changer de stratégie ne nécessite que de s’occuper de la bonne variable de décision précalculée, plutôt que d’avoir à la construire à partir de zéro”, explique Alfonso Renart, l’autre auteur principal.
« Ces résultats ont des implications importantes pour notre compréhension de la façon dont le cerveau traite et sélectionne les variables de décision dans des environnements complexes. Cela pourrait avoir des implications pour le développement de systèmes d’apprentissage automatique plus flexibles et adaptables, qui pourraient être particulièrement utiles dans des situations où il existe un degré élevé d’incertitude ou de complexité », conclut Zach Mainen.
À propos de cette actualité de la recherche en neurosciences
Auteur: Ana Gerschenfeld
Source: Centre Champalimaud pour l’inconnu
Contact: Ana Gerschenfeld – Centre Champalimaud pour l’inconnu
Image: L’image est dans le domaine public
Recherche originale : Accès fermé.
“Un réservoir de variables de décision de recherche de nourriture dans le cerveau de la souris» de Fanny Cazettes et al. Neurosciences naturelles
Abstrait
Un réservoir de variables de décision de recherche de nourriture dans le cerveau de la souris
Dans une situation donnée, l’environnement peut être analysé de différentes manières pour produire des variables de décision (DV) définissant des stratégies utiles pour différentes tâches. On suppose généralement que le cerveau ne calcule qu’un seul DV définissant la stratégie comportementale actuelle.
Ici, pour tester cette hypothèse, nous avons enregistré des ensembles neuronaux dans le cortex frontal de souris effectuant une tâche de recherche de nourriture admettant plusieurs DV. Les méthodes développées pour découvrir le DV actuellement utilisé ont révélé l’utilisation de plusieurs stratégies et des changements occasionnels de stratégie au cours des sessions.
Des manipulations optogénétiques ont montré que le cortex moteur secondaire (M2) est nécessaire pour que les souris utilisent les différents DV dans la tâche. Étonnamment, nous avons constaté que, quel que soit le DV qui expliquait le mieux le comportement actuel, l’activité M2 encodait simultanément un ensemble complet de calculs de base définissant un réservoir de DV approprié pour des tâches alternatives.
Cette forme de multiplexage neuronal peut conférer des avantages considérables pour l’apprentissage et le comportement adaptatif.
