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Avant de prendre une décision, notre cerveau imagine ses conséquences

Les mécanismes cérébraux de prédiction des évènements futurs qui nous aident à faire nos choix ont été décortiqués. Tout cela se déroule dans le cortex cingulaire antérieur.

Avant de prendre une décision, notre cerveau imagine ses conséquences fizkes/iStock

  • Publié le 05.11.2020 à 20h00
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L'ESSENTIEL
  • Notre prise de décision repose soit sur un modèle, où l'on imagine les conséquences de l'action, soit faute de modèle, sur l'expérience d'actions passées
  • Observer le cortex cingulaire antérieur, zone du cerveau impliqué dans la prise de décision, permet de prédire notre décision future

Avant de prendre une décision, notre cerveau commence par imaginer ce qui peut se passer. Par exemple, avant de partir en direction d’un restaurant, il va imaginer l’itinéraire à prendre pour y arriver le plus vite. Pour la première fois, des chercheurs ont mis en évidence la machinerie mentale sophistiquée qui aide le cerveau à simuler les résultats de différentes actions et à faire le meilleur choix. Ils ont publié les résultats de leur recherche le 4 novembre dans la revue Neuron.

Deux mécanismes cérébraux de prise de décision

Les chercheurs ont découvert que le cortex cingulaire antérieur, impliqué dans la prise de décision, est également celui qui visualise les conséquences d’une décision pour nous aider à faire le meilleur choix possible. “Nous sommes parvenus à identifier une structure cérébrale impliquée dans l’apprentissage et démontrer que son activité encode de multiples aspects du processus décisionnel”, a ajouté Thomas Akam, professeur à l’université d’Oxford et auteur principal de l’article. “Ces résultats sont très excitants, poursuit Rui Costa, autre auteur de l’étude. Ces données identifient le cortex cingulaire antérieur comme une région cérébrale clé dans la prise de décision basée sur des modèles, plus spécifiquement pour prédire ce qui se passera dans le monde si nous choisissons de faire une action particulière par rapport à une autre.”

Toutes les décisions ne relèvent pas de ce mécanisme cérébral, précisent les chercheurs, et certains résultent d’un apprentissage sans modèle, donc sans simulation des conséquences de l’action, qui repose sur l'expérience d'actions passées. Lorsqu’un itinéraire, par exemple, est connu, notre cerveau utilisera l’apprentissage sans modèle et suivra la route habituellement empruntée.

Le choix révèle la stratégie d’apprentissage

Pour isoler ces deux schémas cognitifs, basés sur un modèle et sans modèle, les chercheurs ont mis en place un puzzle en deux étapes pour les souris. L’animal commence par choisir l’un des trous situés au centre pour y pénétrer son nez, ce qui active l’un des deux autres trous. Chacun de ces trous a une probabilité de fournir un verre d'eau. “Tout comme dans la vraie vie, le sujet doit effectuer de longues séquences d'actions, avec des conséquences incertaines, afin d'obtenir les résultats souhaités”, a précisé Thomas Akam. Les souris ont dû chercher à comprendre deux variables clés : quel trou est le plus susceptible de fournir un verre d’eau et quel trou permet d’activer le trou qui fournit le verre d’eau. Une fois la tâche apprise, les souris ont choisi la séquence d'action qui offre le meilleur résultat. Les chercheurs ont ensuite modifié l'expérience de manière à ce que les animaux soient flexibles. De temps en temps, le port latéral le plus susceptible de fournir une boisson a basculé ou la correspondance entre les ports centraux et latéraux s’est inversée.

Les choix des souris au cours de l’étude ont révélé leurs stratégies d’apprentissage. “L'apprentissage sans modèle et basé sur un modèle devraient générer différents modèles de choix, a décrit Thomas Akam. En regardant le comportement des sujets, nous avons pu évaluer la contribution de l'une ou l'autre approche.” L’étude des résultats, qui a reposé sur l’analyse d’environ 230 000 décisions individuelles, a montré que le souris utilisent les deux approches en parallèle. “Cela a confirmé que la tâche est appropriée pour étudier la base neurale de ces mécanismes, a poursuivi le Dr Costa. Nous sommes ensuite passés à l'étape suivante : étudier la base neuronale de ce comportement.”

Désactiver le cortex cingulaire antérieur a désarçonné les souris 

Les chercheurs ont concentré leur attention sur le cortex cingulaire antérieur, la région cérébrale où se construit la prise de décision. “Des études antérieures ont établi que cette région est impliquée dans la sélection des actions et fourni des preuves qu'elle pourrait être impliquée dans des prédictions basées sur des modèles, a affirmé Rui Costa. Mais personne n'a vérifié l'activité des neurones individuels de cette régions dans une tâche conçue pour différencier ces différents types d'apprentissage.”

Les chercheurs ont découvert un lien étroit entre l’activité de ces neurones et le comportement des souris. En observant les schémas d'activité entre les groupes de cellules, les scientifiques sont parvenus à décoder si la souris est sur le point de choisir un trou ou un autre. “Cela a fourni la preuve directe que le cortex cingulaire antérieur est impliqué dans la réalisation de prédictions basées sur des modèles des conséquences spécifiques des actions, pas seulement si elles sont bonnes ou mauvaises”, s’est félicité le Dr Akam. En désactivant ces neurones chez les souris les a empêchés de réagir de manière flexible à mesure que la situation a changé.

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