Frontal population organization supports the behavioral expression of confidence
Cette étude démontre que chez le rat, l'expression comportementale de représentations de confiance robustes dans le cortex orbitofrontal ne dépend pas de la force de l'activité de neurones individuels, mais de l'organisation temporelle et géométrique spécifique de la population neuronale, laquelle détermine si ces états internes peuvent être accédés et traduits en action.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
À l'intérieur du cerveau, les pensées existent souvent sous la forme de signaux internes silencieux qui ne se traduisent pas toujours par une action. Une personne peut se sentir absolument certaine d'un choix, tout en hésitant avant d'agir, ou se sentir incertaine et se lancer malgré tout. Depuis des décennies, les scientifiques savent que des cellules cérébrales spécifiques codent les sentiments de confiance, s'activant plus ou moins selon la certitude d'un animal à propos d'une décision. Cependant, un mystère fondamental subsistait : le simple fait qu'une cellule cérébrale porte un signal de confiance garantit-il que l'animal agira en conséquence ? La question n'est pas seulement de savoir si le cerveau connaît la réponse, mais comment cette connaissance devient un comportement physique. Cette recherche explore l'écart entre avoir une pensée et l'exprimer, en étudiant pourquoi un sentiment interne fort échoue parfois à guider les actions d'un rat.
Pour résoudre ce casse-tête, des chercheurs du RIKEN et de l'Université de Doshisha ont conçu une tâche pour les rats qui séparait le moment de la décision du moment de la récompense. Les animaux ont été entraînés à renifler un mélange de deux odeurs et à choisir un port à gauche ou à droite pour trouver de l'eau. La difficulté du mélange d'odeurs variait, rendant certains choix faciles et d'autres difficiles. Après avoir fait un choix, les rats devaient attendre une récompense qui pouvait arriver ou non. Dans une version de l'expérience, la récompense arrivait à un moment totalement imprévisible, forçant les rats à se fier à leur propre jugement sur la probabilité qu'ils aient raison. S'ils se sentaient confiants, ils attendaient plus longtemps ; s'ils se sentaient incertains, ils partaient plus tôt. Dans ce scénario, le temps que le rat choisissait d'attendre était une mesure directe de sa confiance.
Les chercheurs ont ensuite introduit une seconde version de la tâche où le délai de la récompense était fixe et prévisible. L'eau arrivait toujours exactement une demi-seconde après le choix. Dans cette condition, les décisions perceptuelles des rats restaient nettes ; ils choisissaient toujours le bon port avec la même précision qu'auparavant. Cependant, leur comportement d'attente changeait radicalement. Ils n'attendaient plus plus longtemps lorsqu'ils étaient confiants. Au lieu de cela, ils attendaient pendant une durée similaire, qu'ils se sentent sûrs ou incertains. Le sentiment interne de confiance était toujours là, mais il avait perdu son pouvoir de façonner le comportement de l'animal. Cela a créé une opportunité parfaite pour se demander : le cerveau a-t-il cessé de se sentir confiant, ou a-t-il simplement cessé d'utiliser ce sentiment pour guider l'attente ?
Pour le découvrir, l'équipe a enregistré l'activité de centaines de neurones dans le cortex orbitofrontal, une région du cerveau connue pour traiter la valeur et la confiance. Ils ont découvert que les neurones eux-mêmes n'avaient pas changé. Même lorsque les rats arrêtaient d'utiliser leur confiance pour décider de la durée de l'attente, les cellules cérébrales individuelles continuaient à s'activer selon des modèles qui signalaient clairement une confiance élevée ou faible. La représentation interne du sentiment était robuste et intacte. Le problème n'était pas que le cerveau avait oublié comment ressentir la confiance ; le problème était que le cerveau avait cessé d'organiser ces sentiments de manière à ce qu'ils puissent être facilement lus par le reste du corps.
Les chercheurs ont découvert que la différence clé résidait dans la manière dont la population de neurones travaillait ensemble. Lorsque les rats étaient dans la condition imprévisible et que leur confiance guidait leur attente, les neurones s'activaient selon un modèle hautement organisé et stable au fil du temps. Cette organisation permettait au cerveau de maintenir un signal de confiance clair et linéaire qui pouvait être accédé à tout moment durant l'attente. C'était comme si les neurones parlaient un langage cohérent que le reste du cerveau pouvait comprendre et sur lequel il pouvait agir. Dans la condition prévisible, où la confiance ne guidait plus le comportement, cette organisation s'effondrait. Les neurones s'activaient toujours, mais leur modèle collectif devenait désordonné et moins stable. Le signal n'était plus disposé de manière à permettre une lecture fluide et linéaire. L'information était présente, mais elle était enfouie dans une structure chaotique que les parties en aval du cerveau ne pouvaient pas facilement accéder.
Pour prouver que cette organisation était le maillon manquant, les scientifiques ont utilisé la lumière pour perturber temporairement des connexions spécifiques entre le cortex orbitofrontal et le striatum, une structure cérébrale plus profonde impliquée dans le mouvement et l'habitude. En inhibant ou en activant ces voies spécifiques pendant la période d'attente, ils ont pu briser le lien entre la confiance et le temps d'attente. Même dans la condition imprévisible où les rats attendaient habituellement en fonction de leur confiance, la perturbation de ces connexions a fait que les rats ont cessé d'ajuster leurs temps d'attente selon leur certitude. Cela a confirmé que le cortex orbitofrontal ne se contente pas de détenir le sentiment de confiance ; il doit également organiser ce sentiment selon un modèle spécifique pour l'envoyer en aval.
L'étude révèle qu'avoir une forte représentation interne ne suffit pas à conduire un comportement. Le cerveau doit également disposer ses signaux selon une géométrie spécifique et organisée qui les rende accessibles au reste du système. Lorsque la population de neurones du cerveau est bien organisée, les pensées internes comme la confiance peuvent circuler librement vers l'action. Lorsque cette organisation est perturbée, même une pensée claire et forte reste piégée à l'intérieur, incapable d'influencer ce que l'animal fera ensuite. Cela suggère que la flexibilité du comportement dépend moins de la force avec laquelle nous ressentons quelque chose que de la manière dont le cerveau organise ces sentiments pour qu'ils soient lus et mis en action.
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