Chaque décision commence de manière invisible.
Bien avant que quelqu'un n'agisse, le cerveau est déjà difficile à rassembler des preuves, à peser les options et à s'engager progressivement dans un choix. Mais même face aux mêmes preuves, les gens peuvent arriver à différents résultats, surtout lorsque la décision est difficile. Deux conducteurs différents dans la circulation des heures de pointe, par exemple, voient la même route congestionnée, mais on pourrait accélérer pour fusionner tandis que un autre freine avec prudence.
La façon dont le cerveau, composé de milliards de cellules spécialisées, prend ces décisions fractionnées d'une seconde a été en grande partie un mystère.
Maintenant, de nouvelles découvertes de l'Université de Princeton, en collaboration avec des chercheurs du Cold Spring Harbor Laboratory, de l'Université de Stanford et de l'Université de Boston, ont mis en lumière la façon dont diverses cellules cérébrales se réunissent pour guider une décision unifiée. Les chercheurs ont constaté que si les neurones individuels ont des réponses perplexe complexes, leur activité est façonnée par une structure partagée qui guide finalement le cerveau vers un choix unifié.
Les résultats ont été publiés dans la revue Nature le 25 juin.
Des expériences classiques en neurosciences ont montré que le cerveau mappe des informations sensorielles simples, comme les formes ou les sons de base, de manière prévisible. Un rectangle noir tourné à un angle de 45 degrés activera un groupe spécifique de cellules dans le cortex visuel. Changez légèrement l'angle, cependant, et un groupe différent s'allume. Mais les décisions, en particulier lorsqu'elles sont liées à l'action, sont plus compliquées que de distinguer des tons ou des formes légèrement différents, ce qui rend difficile pour les chercheurs d'identifier le code neuronal qui guide la prise de décision.
Pour surmonter ce défi, l'équipe de recherche a formé des macaques rhésus pour déterminer quelle couleur (rouge ou vert) était plus dominante sur un écran à carreaux. Les essais faciles ont été clairs, mais les ambigus ont nécessité une délibération soigneuse. Alors que les singes considéraient leur choix, les chercheurs ont enregistré une activité à partir de cellules nerveuses dans le cortex prémoteur dorsal, une région du cerveau impliquée dans la traduction des décisions en actions.
Ils ont constaté que les neurones réagissaient très différemment, même dans le même essai, suggérant un degré élevé d ' »hétérogénéité » ou à la variabilité, dans le code neuronal pour les décisions.
L'hypothèse généralisée est que cette hétérogénéité reflète la dynamique complexe impliquée dans la cognition. Mais étonnamment, nous avons constaté que cette complexité apparente provient d'un principe de codage neural très différent. «
Tatiana Engel, Ph.D., professeur agrégé au Princeton Neuroscience Institute et auteur principal de l'étude
Pour expliquer cette diversité, l'équipe a développé un modèle de calcul flexible qui a révélé deux caractéristiques critiques stimulant le comportement de chaque neurone: 1) réglage: quand et à quel type de décision un neurone a tendance à répondre; et 2) la dynamique neuronale: représentée par un « paysage potentiel » qui guide l'activité.
Dans ce modèle, les vallées du paysage représentent une décision stable qui a été prise. Au fur et à mesure que l'activité neurale se déroule, c'est comme une balle qui roule sur le terrain: les pentes plus raides poussent l'activité plus décisive vers un choix.
Lorsqu'il est adapté aux données réelles, le modèle a montré que le réglage restait cohérent à travers des essais faciles et durs, mais la forme du paysage potentiel a changé. Dans des tâches plus faciles, le paysage était raide, conduisant à des décisions plus rapides et plus confiantes. Dans les tâches plus dures, le terrain était plus plat et plus sensible au bruit, augmentant les chances d'erreurs.
Bien que chaque neurone ait eu une réponse individuelle différente, ils semblaient tous partager le même paysage potentiel sous-jacent.
« Pensez-y comme un groupe de skieurs descendant une montagne », a déclaré Engel. « Chacun préfère un chemin légèrement différent, mais tous sont façonnés par la même pente sous eux. De même, chaque neurone a sa propre préférence et son activité, mais le groupe de cellules collectivement dans le cortex prémoteur fait un voyage coordonné et s'installe progressivement dans un état stable qui représente la décision. »
Comprendre comment les neurones collaborent pour prendre des décisions pourraient offrir un aperçu plus approfondi de la fonction du cerveau fondamental et comment cela se tourne dans les troubles tels que la schizophrénie ou le trouble bipolaire, où les processus décisionnels sont modifiés.
Avec un nouveau modèle en main, Engel et ses collègues prévoient désormais d'explorer comment différents types de neurones et les façons dont ils se connectent, contribuent au réglage diversifié et aux phases distinctes de prise de décision qu'ils ont observées.
« Chaque décision est unique », a déclaré Engel. « Mais en creusant au niveau des essais uniques et des neurones uniques, nous pouvons commencer à en donner un sens. »
