Les chercheurs identifient et manipulent les circuits neuronaux pour la prise de décision risque/récompense chez les primates

La vie est constituée de possibilités infinies, apparaissant dans le monde réel sous forme de choix multiples, qui nécessitent ensuite une prise de décision afin de déterminer le meilleur plan d'action. Cependant, chaque choix comporte également une certaine part d’incertitude ou de « risque ». Par conséquent, derrière chaque décision se cache un processus d’évaluation complexe qui équilibre les risques et les récompenses associés à la prise de telles mesures.

Cela peut, dans des cas extrêmes, se manifester par un état comportemental pathologique de traitement de décision à risque élevé-rendement élevé (HH) et à risque faible-rendement faible (LL) qui a été associé aux troubles du jeu.

Bien que ces processus cognitifs supérieurs se produisent de manière transparente dans le cortex cérébral de notre cerveau – des dizaines, voire des centaines de fois par jour – les circuits neuronaux sous-jacents exacts sont restés insaisissables en raison des difficultés techniques liées au ciblage et à la manipulation spécifiques de ces circuits neuronaux.

Une nouvelle étude publiée Scienced'une équipe de chercheurs dirigée par le Dr Tadashi Isa de l'Institut pour l'étude avancée de la biologie humaine (WPI-ASHBi) et de la Graduate School of Medicine/Kyoto University, ont identifié et manipulé sélectivement à l'aide de l'optogénétique, une méthode qui peut moduler la activité de neurones spécifiques avec la lumière – les circuits neuronaux distincts responsables de l'équilibre entre la prise de décision risque et récompense-retour chez les primates.

Ils montrent que les changements comportementaux résultant de la stimulation de ces circuits s'accumulent au fil du temps et ont des conséquences à long terme, indépendamment de tout stimulus, fournissant ainsi un aperçu des mécanismes potentiels sous-jacents aux comportements pathologiques à risque tels que les troubles du jeu.

Divers paradigmes expérimentaux ont été développés pour évaluer le comportement décisionnel, l'Iowa Gambling Task étant sans doute le plus célèbre. Cependant, ces tâches neuropsychologiques sont souvent limitées par leur conception, car elles ne peuvent pas suffisamment dissocier les processus cognitifs d’ordre supérieur.

Pour déterminer le biais de choix « pur » entre les décisions HH et LL, Isa et ses collègues ont d'abord conçu leur propre paradigme de décision pour dissocier le comportement de choix dépendant du risque des autres processus cognitifs d'ordre supérieur.

En utilisant le mouvement des yeux pour indiquer leur choix, des singes macaques ont été entraînés à effectuer une tâche de choix d'indice/cible avec de l'eau comme récompense, consistant en cinq choix HH-LL différents parmi cinq ensembles différents de « valeur attendue » équivalente (volume de récompense attribué multiplié par par probabilité), soit un total de 25 options potentielles. Conformément à d'autres études sur les primates portant sur les comportements à risque, les auteurs ont constaté que les primates avaient un biais inhérent en faveur des choix HH plutôt que LL.

Au début du 20e siècle, le cortex cérébral a été cartographié en 52 régions, connues sous le nom de zones de Brodmann, en fonction de leur morphologie et organisation cellulaires distinctes. On a longtemps pensé que les parties plus profondes, ou ventrales, de la zone 6 de Brodmann (zone 6V) ne fonctionnaient que comme zone motrice chez les humains et les primates. Mais plus récemment, les régions chevauchant la zone 6V ont également été associées aux processus de prise de décision, même si les preuves directes étayant une telle fonction font défaut.

En inactivant pharmacologiquement plusieurs régions cérébrales frontales candidates, en utilisant le GABA sélectif_UN agoniste des récepteurs muscimol, les auteurs ont constaté que la partie ventrale de la zone 6V (zone 6VV) était responsable du comportement de choix du HH. Fait intéressant, bien que le cortex orbitofrontal (OFC) et le cortex cingulaire antérieur dorsal (aACC) soient considérés comme jouant un rôle central dans la prise de décision basée sur la récompense chez les singes, l'inactivation de ces régions a eu peu d'effet sur la préférence pour le choix de HH.

“En effet, nous avons été vraiment surpris que ni l'OFC ni l'aACC ne soient importants pour la prise de décision dépendante du risque”, commente le Dr Ryo Sasaki, premier auteur de l'étude.

L’aire tegmentale ventrale (VTA) du cerveau est essentielle aux processus associés à la récompense, qui font partie intégrante de la prise de décision liée au risque. Une sous-population de neurones dopaminergiques résidant dans la VTA est connectée au cortex préfrontal, y compris la zone 6V, également connue sous le nom de voie mésofrontale (ou mésocorticale).

Pour disséquer le rôle spécifique de la voie mésofrontale dans la prise de décision dépendante du risque, Isa et ses collaborateurs ont utilisé une stratégie optogénétique élégante, dans laquelle un réseau composé de 29 lumières LED couplées à des électrodes d'électrocorticogramme (ECoG) a été conçu (dimensions : 19 mm x 12 mm) et implanté dans la zone 6V du cerveau des primates exprimant des protéines photoactivables dans les neurones VTA.

Au cours de la fenêtre temporelle étroite de prise de décision, les auteurs ont manipulé avec précision l'activité neuronale des terminaux VTA définis dans la zone 6V en allumant des LED spécifiques dans leur réseau, tout en enregistrant simultanément l'activité dans la zone 6V, qui comprenait également des LED plus superficielles ou dorsales. régions (zone 6VD ; environ 2 à 3 mm au-dessus de la zone 6VV).

Les auteurs ont découvert deux sous-circuits au sein de la voie mésofrontale jouant des rôles distincts dans la prise de décision dépendante du risque. Ils ont découvert que la préférence HH dépendait de la voie VTA-6VV, alors que la préférence LL dépendait de la voie VTA-6VD.

“La résolution spatio-temporelle de notre réseau LED/ECoG était essentielle pour distinguer les voies VTA-6VV et VTA-6VD et pour déchiffrer leurs rôles fonctionnels distincts dans la prise de décision dépendante du risque”, affirme Sasaki.

Ces résultats ont ensuite été validés par un décodage informatique, qui récapitulait in silico le comportement de préférence de choix induit par la photostimulation chez les primates.

Il est intéressant de noter que lors d'une stimulation répétitive des voies VTA-6VV ou VTA-6VD, Isa et ses co-auteurs ont observé des effets cumulatifs qui ont persisté dans le temps, conduisant à des changements à long terme dans la préférence pour le choix de HH et LL chez les primates, respectivement – indépendants. de toute photostimulation. Isa commente : « … de tels changements à long terme dans le comportement de choix étaient plutôt inattendus… mais cela peut désormais également offrir une explication mécaniste de la façon dont les troubles du jeu surviennent. »

La manière exacte dont ces circuits distincts contribuent à équilibrer notre prise de décision quotidienne reste floue, mais les auteurs pensent que d'autres régions du cerveau sont susceptibles de contribuer également à ce processus.

“Compte tenu des similitudes (dans la structure et la fonction) entre les cerveaux des primates humains et non humains, nos découvertes pourraient avoir des implications thérapeutiques potentielles, et même des applications dans le futur, pour le traitement des formes pathologiques de prise de risque telles que les troubles du jeu.” il dit.

Fourni par l'Institut pour l'étude avancée de la biologie humaine (ASHBI)