Les modèles comportementaux humains sont basés sur des paramètres tels que la motivation, la confiance, l’anxiété, l’évaluation des risques, etc. Bien que ces traits de personnalité soient relativement bien compris psychologiquement, leur origine cérébrale l’est bien moins. Le professeur Adam Kepecs, du Cold Spring Harbor Laboratory, a répondu à certaines de ces questions dans une nouvelle étude publiée dans Nature. Les résultats pourraient conduire au développement de traitements plus efficaces pour les troubles obsessionnels compulsifs, l’addiction aux jeux et d’autres troubles psychiatriques.
L’équipe a étudié le cortex orbitofrontal, un domaine critique pour la prise de décision chez les humains et les animaux. Les dommages de cette région du cerveau nuisent à la prise de décision. Dans un exemple célèbre, Phineas Gage, un cheminot, a survécu à des dommages extrêmes dans cette zone lorsqu’une tige de fer a percé son crâne lors d’une explosion. Gage a survécu, mais sa personnalité et ses compétences décisionnelles ont été profondément altérées.
Kepecs et son laboratoire ont cherché à clarifier comment les neurones du cortex orbitofrontal codent des variables mentales telles que la motivation ou la confiance. « Nous voulions comprendre comment les neurones codent pour ces entités mystérieuses, quelle est la logique derrière cela, quelle est l’architecture du cortex orbitofrontal » déclare Kepecs.
En surveillant l’activité neuronale dans le cerveau de rats prenant des décisions complexes, l’équipe a identifié une nouvelle structure insoupçonnée dans l’organisation fonctionnelle du cortex orbitofrontal.
Le rôle des neurones orbitofrontaux dans la gestion du comportement
L’idée clé était d’utiliser des modèles mathématiques du comportement décisionnel pour calculer la « confiance dans la décision ». Cette approche a produit des prédictions assez précises sur ce à quoi ressemble une représentation de la confiance en matière de variables observées telles que la difficulté de la décision ou le choix qui a été fait. Il s’est avéré que de nombreux neurones orbitofrontaux étaient cohérents avec ces prédictions, leur activité augmentant ou diminuant avec une confiance de décision formellement définie.
Des études antérieures sur le cortex orbitofrontal ont identifié des variables mentales similaires, mais contrairement à d’autres régions du cerveau telles que le cortex visuel, il n’y avait pas d’ordre dans leurs réponses et la complexité du codage était déroutante.
Junya Hirokawa, de l’Université Doshisha à Kyoto, a enregistré de grandes populations de neurones du cortex orbitofrontal et a utilisé des techniques d’apprentissage automatique sophistiquées pour comprendre leurs modèles d’activité.
L’équipe a découvert que les neurones appartenaient à des groupes fonctionnels distincts. Et chaque groupe de neurones a codé pour différentes variables mentales, comme la confiance de décision ou la valeur de récompense, révélant une organisation hautement structurée jusque-là insoupçonnée.
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Vers de nouveaux traitements psychiatriques
Enfin, Kepecs s’est demandé si ces groupes fonctionnels étaient soutenus par une structure anatomique spécialisée. Pour ce faire, l’équipe a utilisé des virus artificiels pour cibler un groupe spécifique de neurones, ceux qui envoient des connexions au striatum, une partie du cerveau importante pour mettre à jour ou repenser la valeur d’un choix. Ils ont surveillé l’activité de ces neurones et ont constaté que ceux-ci codaient pour une autre variable mentale, la valeur de récompense, augmentant l’activité lorsque la récompense attendue était faible.
Déconstruire cette relation logique entre le fonctionnement des neurones au cours de différentes tâches et leur structure physique dans le cerveau pourrait également ouvrir des possibilités telles que les traitements des troubles psychiatriques, par exemple par le biais d’une stimulation plus précise du cerveau de patients souffrant de dépression sévère, de Parkinson et d’autres types de maladies.