Les scientifiques ont construit un « circuit cérébral '' informatique, ou réseau neuronal artificiel, qui reflète les processus de prise de décision humains et met en lumière la façon dont les circuits pourraient être modifiés dans les maladies psychiatriques, une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans eLife rapports.
Le modèle identifie un mécanisme potentiel pour la prise de décision altérée qui est couramment observée dans la schizophrénie, impliquant la réduction de l'activité de molécules dans le cerveau appelées récepteurs NDMA. Ces résultats fournissent de nouvelles perspectives qui pourraient éclairer le développement de futurs traitements pour les affections neuropsychiatriques.
Un défi majeur en psychiatrie est de relier les changements qui se produisent au niveau des synapses nerveuses du cerveau aux processus cognitifs qui provoquent des symptômes de troubles tels que la schizophrénie. La modélisation informatique des circuits cérébraux peut combler ces lacunes. En modifiant le modèle de circuit au niveau de la synapse, vous pouvez faire des prédictions de l'activité et des comportements nerveux, puis les tester expérimentalement. «
Dr Sean Cavanagh, auteur principal, étudiant MBPhD à l'UCL Queen Square Institute of Neurology, Londres, Royaume-Uni
L'équipe a construit un modèle qui reproduit la manière dont le cerveau accumule les preuves et prend une décision. Les types de décisions qui les intéressaient étaient ceux qui impliquent la combinaison de plusieurs éléments d'information. Par exemple, au moment de décider où partir en vacances, nous devons combiner des informations sur de nombreux facteurs, notamment le coût, la météo et l'expérience culturelle. Au départ, l'équipe voulait voir si leur modèle informatique montrait le même biais de prise de décision que les humains en bonne santé montrent sur ce type de choix, appelé le «biais de pro-variance». Cela décrit comment les humains ont tendance à choisir des options avec des preuves plus variables. Par exemple, lors de la planification de vacances et face à deux options, les gens ont généralement tendance à préférer des vacances qui sont très attrayantes dans un attribut mais moins dans un autre (prix cher, mais excellente météo), par rapport à d'autres vacances qui sont globalement médiocres. attributs (prix et conditions météorologiques acceptables).
Les chercheurs ont commencé par définir une tâche de prise de décision pour deux singes macaques et enregistrer le modèle de leurs comportements. Les singes ont reçu deux séries de huit barres, une de chaque côté d'un écran d'ordinateur, et ils ont dû décider de quel côté avait la taille moyenne la plus élevée. Les singes ont pris des décisions basées sur près de 30 000 ensembles d'informations, et les chercheurs ont étudié l'effet du moment et de la variabilité des preuves sur les choix des singes. Ils ont constaté que, comme pour les humains, les singes préféraient généralement choisir des options avec une plus grande variabilité parmi les preuves.
Pour explorer les processus cérébraux qui sous-tendent cette préférence, l'équipe a construit un modèle de circuit informatique. Ce modèle comprend deux groupes de cellules nerveuses excitatrices (neurones) assignées à l'option droite ou gauche, de sorte qu'une activité élevée dans un groupe signale une décision vers cette option. Les deux groupes de neurones sont également connectés à des neurones inhibiteurs, qui neutralisent et équilibrent l'activité des neurones excitateurs. Le circuit a ensuite été testé avec les mêmes tâches de décision que les singes et s'est avéré capable de reproduire le même biais que les singes utilisés (et que les humains utilisent) pour prendre leurs décisions.
Pour comprendre comment ces processus de décision peuvent être altérés dans les maladies neuropsychiatriques telles que la schizophrénie, l'équipe a réduit l'activité des récepteurs NMDA synaptiques qui relient les neurones de chaque groupe excitateur et inhibiteur. Ils ont constaté que la performance de prise de décision dans le modèle dépendait de l'équilibre entre l'excitation et l'inhibition, qui à son tour était influencée par les changements relatifs des récepteurs NDMA sur les deux groupes de neurones.
Le médicament kétamine est connu pour bloquer les récepteurs de la NDMA et est utilisé comme modèle expérimental de schizophrénie, car il reproduit temporairement de nombreux symptômes de la schizophrénie chez les humains en bonne santé. Pour tester si les prédictions du modèle étaient cohérentes avec les changements de comportement, l'équipe a étudié les effets de la kétamine sur la prise de décision des singes. Bien que les singes soient devenus moins précis dans leur prise de décision après la kétamine, ils ont conservé le même biais de pro-variance. Dans le modèle informatique, ce changement de comportement décisionnel était cohérent avec un équilibre excitation / inhibition abaissé.
Pris ensemble, cela suggère que les changements dans le comportement décisionnel observés dans la schizophrénie et d'autres troubles pourraient résulter d'une activité réduite au niveau des récepteurs NMDA présents sur les neurones excitateurs. L'équipe espère que cette idée pourrait ouvrir la voie au développement de nouveaux traitements.
«Les biais de prise de décision peuvent être des caractéristiques d'un comportement normal ou des déficits sous-jacents aux symptômes neuropsychiatriques», conclut l'auteur principal Steve Kennerley, professeur de neurosciences cognitives à l'Institut de neurologie UCL Queen Square. « Développer des comptes mécanistes des maladies neurologiques est très difficile, exigeant des tâches expérimentales bien conçues, des groupes neurologiques normaux ou anormaux et une modélisation informatique. Cette étude n'a été possible que grâce à des collaborations avec l'Université d'Oxford (Dr Laurence Hunt) et l'Université de Yale (Dr. Norman Lam; professeur John Murray). Nos résultats fournissent un mécanisme au niveau du circuit qui relie le niveau synaptique au niveau comportemental dans les troubles neuropsychiatriques où les biais de prise de décision sont importants. «
La source:
Référence du journal:
Cavanagh, S.D., et coll. (2020) Un mécanisme de circuit pour les biais de prise de décision et l'hypofonction du récepteur NMDA. eLife. doi.org/10.7554/eLife.53664.
