Dans un monde en constante évolution, les animaux, y compris les humains, doivent s’adapter rapidement à leur environnement et apprendre à prendre des décisions qui conduisent aux meilleurs résultats possibles. Dans la plupart des cas, ce type d’apprentissage se fait par l’expérience directe : lorsqu’ils sont confrontés à un choix entre deux éléments ou événements particuliers, les animaux ont recours à des expériences antérieures impliquant les mêmes options. Cependant, les animaux dotés d’un cerveau plus développé, comme les singes et les gorilles, peuvent également déduire le résultat d’une décision en se basant sur la connaissance de situations passées similaires, même s’ils n’ont pas directement expérimenté ces options spécifiques auparavant. Ainsi, le processus de prise de décision implique souvent un équilibre entre les stratégies comportementales basées sur l’expérience et celles basées sur la connaissance.
Chez les primates, la région du cortex orbitofrontal (COR) du cerveau est responsable de cet équilibre. Non seulement elle participe directement à la prise de décision, mais elle contribue également à « mettre à jour » les valeurs internes que les primates utilisent pour évaluer la qualité d’une option. De plus, le COR semble nécessaire pour évaluer correctement les options avec lesquelles un individu n’a aucune expérience directe. Malgré ces connaissances, les rôles précis du COR dans la prise de décision et la question de savoir si des rôles distincts reposent sur des voies neuronales distinctes restent flous et assez difficiles à étudier.
Heureusement, comme le rapporte un article publié dans Nature Communications Le 28 août 2024, une équipe de recherche japonaise a réussi à faire la lumière sur cette question. En utilisant une approche de pointe précédemment développée par l'équipe, ils ont activé et désactivé de manière sélective différentes voies neuronales provenant de l'OFC chez des singes lors de tâches comportementales nouvellement conçues, révélant leurs fonctions indépendantes. Cette étude a été dirigée par Kei Oyama et par le chef de groupe Takafumi Minamimoto, tous deux des National Institutes for Quantum Science and Technology.
Dans les tâches comportementales utilisées pour les expériences, les macaques devaient choisir entre deux images qui leur étaient présentées et, en fonction de leur choix, ils recevaient une quantité prédéterminée de jus en guise de récompense. Les singes ont rapidement appris à associer les images à la quantité de jus qu'ils recevraient. Les chercheurs modifiaient périodiquement l'ensemble des images présentées aux animaux et inversaient également les valeurs de récompense, faisant en sorte que les pires options deviennent les meilleures et vice versa. Dans l'ensemble, ces tâches ont testé la capacité des singes à apprendre de l'expérience (par essais-erreurs) et à s'attaquer à des situations qui leur étaient familières (par inférence basée sur les connaissances).
Tandis que les singes effectuaient ces tâches, les chercheurs ont utilisé un commutateur chimique introduit génétiquement, appelé récepteur chimiogénétique, qui pouvait activer et désactiver efficacement les neurones de l'OFC lors de l'administration d'un médicament spécifique. Guidé par la tomodensitométrie, la tomographie par émission de positons et l'imagerie par résonance magnétique, l'équipe a pu évaluer les effets de l'injection locale d'un médicament qui inhibait temporairement des voies neuronales distinctes provenant de l'OFC.
En observant l'évolution des performances des singes, les chercheurs ont pu déterminer les fonctions de ces voies. Ils ont découvert que la voie OFC reliant le noyau caudé est nécessaire à l'adaptation basée sur l'expérience, tandis que la voie OFC reliant le thalamus médiodorsal est importante pour l'adaptation basée sur la connaissance.
Étant donné que la structure du cerveau des singes est étonnamment similaire à la nôtre, des conclusions importantes concernant les humains peuvent être tirées de ces découvertes.L’une des implications clés de notre travail est qu’il pourrait aider à expliquer pourquoi les individus abordent la même situation de différentes manières. Certaines personnes peuvent s’appuyer davantage sur la méthode des essais et des erreurs, tandis que d’autres préfèrent une approche plus systématique basée sur des connaissances préalables. » réfléchit Minamimoto. Ajoutant plus loin, il dit : « Ces différences dans les styles de pensée, ou « modèles de pensée », pourraient être liées à la façon dont le cerveau de chaque personne active ces circuits spécifiques, et la compréhension de ces variations pourrait nous aider à développer des stratégies personnalisées pour améliorer les capacités de prise de décision et de résolution de problèmes pour ceux qui pourraient avoir des difficultés avec un type de pensée particulier.«
De plus, comprendre les rôles précis des structures cérébrales est extrêmement utile lors de l’étude des neuropathologies et des troubles psychiatriques.Nos résultats pourraient contribuer à de nouveaux traitements pour les troubles mentaux et neurologiques comme le trouble obsessionnel compulsif, où les patients ont du mal à s'adapter aux situations changeantes. En ciblant les circuits cérébraux spécifiques impliqués dans ces deux stratégies, nous pourrions être en mesure de créer des thérapies plus efficaces qui aident à rétablir une pensée équilibrée.« , commente Oyama. Partageant ses réflexions finales et l'applicabilité concrète de cette recherche, il déclare : « Enfin, nos recherches ont des applications en IA et en robotique, où cette compréhension des circuits cérébraux pourrait inspirer des systèmes plus adaptables qui basculent entre différentes méthodes de résolution de problèmes en fonction de la situation. » . «
Bien que le cerveau soit sans aucun doute l’une des plus grandes énigmes de l’univers connu, des études comme celle-ci constituent un tremplin vers une image plus claire de la façon dont il fonctionne sous le capot, à la fois dans notre tête et dans celle de nos compagnons animaux.
