Que se passe-t-il dans notre cerveau lorsque nous planifions ? Une étude révèle comment les simulations mentales s'appuient sur des souvenirs stockés

En prenant une pause pour réfléchir avant de prendre une décision importante, nous pouvons imaginer les résultats potentiels des différents choix que nous pourrions faire. Bien que cette « simulation mentale » soit au cœur de la façon dont nous planifions et prenons des décisions dans la vie quotidienne, la manière dont le cerveau fonctionne pour y parvenir n'est pas bien comprise.

Une équipe internationale de scientifiques a découvert les mécanismes neuronaux utilisés dans la planification. Ses résultats, publiés dans la revue Neurosciences naturellessuggèrent qu'une interaction entre le cortex préfrontal du cerveau et l'hippocampe nous permet d'imaginer les résultats futurs afin de guider nos décisions.

“Le cortex préfrontal agit comme un 'simulateur', testant mentalement les actions possibles à l'aide d'une carte cognitive stockée dans l'hippocampe”, explique Marcelo Mattar, professeur adjoint au département de psychologie de l'université de New York et l'un des auteurs de l'article.

“Cette recherche met en lumière les mécanismes neuronaux et cognitifs de la planification, une composante essentielle de l'intelligence humaine et animale. Une compréhension plus approfondie de ces mécanismes cérébraux pourrait à terme améliorer le traitement des troubles affectant les capacités de prise de décision.”

Les rôles du cortex préfrontal, utilisé dans la planification et la prise de décision, et de l'hippocampe, utilisé dans la formation et le stockage de la mémoire, sont établis depuis longtemps. Cependant, leurs fonctions spécifiques dans la prise de décision délibérative, qui sont les types de décisions qui nous obligent à réfléchir avant d'agir, sont moins claires.

Pour éclairer les mécanismes neuronaux de la planification, Mattar et ses collègues – Kristopher Jensen, neuroscientifique informatique à l'University College de Londres, et Guillaume Hennequin, professeur de neurosciences computationnelles à l'Université de Cambridge – ont développé un modèle informatique pour prédire l'activité cérébrale pendant la planification. Ils ont ensuite analysé les données provenant d'humains et de rats de laboratoire pour confirmer la validité du modèle : un réseau neuronal récurrent (RNN), qui apprend des modèles en fonction des informations entrantes.

Le modèle a pris en compte les connaissances existantes en matière de planification et a ajouté de nouvelles couches de complexité, y compris des « actions imaginées », capturant ainsi comment la prise de décision implique de peser l'impact de choix potentiels, de la même manière qu'un joueur d'échecs envisage des séquences de mouvements avant de s'engager dans un seul. . Ces simulations mentales de futurs potentiels, modélisées par des interactions entre le cortex préfrontal et l'hippocampe, nous permettent de nous adapter rapidement à de nouveaux environnements, comme faire un détour après avoir constaté qu'une route est bloquée.

Les scientifiques ont validé ce modèle informatique en utilisant à la fois des données comportementales et neuronales. Pour évaluer la capacité du modèle à prédire le comportement, les scientifiques ont mené une nouvelle expérience mesurant comment les humains naviguaient dans un labyrinthe en ligne sur un écran d'ordinateur et combien de temps ils devaient réfléchir avant chaque étape.

Pour valider les prédictions du modèle sur le rôle de l'hippocampe dans la planification, ils ont analysé les enregistrements neuronaux de rongeurs naviguant dans un labyrinthe physique configuré de la même manière que dans l'expérience humaine. En confiant une tâche similaire aux humains et aux rats, les chercheurs pourraient établir des parallèles entre les données comportementales et neuronales, un aspect particulièrement innovant de cette recherche.

Les résultats expérimentaux étaient cohérents avec le modèle informatique, montrant une interaction complexe entre le cortex préfrontal et l'hippocampe. Dans les expériences humaines, l’activité cérébrale des participants reflétait plus de temps de réflexion avant d’agir dans la navigation dans le labyrinthe. Dans les expériences avec des rats de laboratoire, les réponses neuronales des animaux lors de leurs déplacements dans le labyrinthe ressemblaient aux simulations du modèle.

“Dans l'ensemble, ces travaux apportent des connaissances fondamentales sur la façon dont ces circuits cérébraux nous permettent de réfléchir avant d'agir afin de prendre de meilleures décisions”, observe Mattar. “De plus, une méthode dans laquelle les participants expérimentaux humains et animaux et les RNN ont tous été formés pour effectuer la même tâche offre une manière innovante et fondamentale d'acquérir des connaissances sur les comportements.”