Rejouer les résultats dans le cerveau pourrait prédire si nous approchons ou évitons des situations.

8 mai 2023 caractéristique

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par Ingrid Fadelli, Medical Xpress

Des études antérieures en neurosciences suggèrent que lorsqu'ils décident de leurs prochaines actions, les souris et autres rongeurs ont tendance à rejouer les résultats passés de situations similaires dans leur cerveau, ce qui se reflète dans une activation rapide de certaines régions cérébrales dans une séquence. Récemment, certaines études ont enregistré une activité cérébrale associée à la répétition similaire dans le cerveau humain en utilisant des techniques d'imagerie.

Les chercheurs de l'University College London (UCL) ont mené une étude explorant la possibilité que cette répétition rapide de résultats passés positifs et négatifs puisse prévoir les choix que les humains font dans une situation où ils peuvent soit perdre, soit gagner de l'argent. Leurs résultats, publiés dans Nature Neuroscience, dévoilent un lien possible entre la répétition dans le cerveau et le comportement planifié des humains, suggérant que tout en choisissant d'approcher ou d'éviter une situation, les humains représentent mentalement le pire scénario qui pourrait résulter de leur choix.

'Ce travail a été inspiré par les nombreuses découvertes récentes concernant la 'répétition' dans le cerveau', a déclaré Jessica McFadyen, l'une des chercheuses ayant mené l'étude, à Medical Xpress. 'Les rongeurs ont tendance à rejouer les chemins vers les récompenses (en planifiant où aller), mais ils ont aussi tendance à rejouer les chemins qui pourraient conduire à un choc électrique (en planifiant où ne pas aller). Alors, que se passe-t-il lorsque nous ne sommes pas sûrs qu'un chemin mène à une récompense ou à une punition? C'est ce qui m'a intéressé.'

L'objectif principal de l'étude récente de McFadyen et de ses collègues Yunzhe Liu et Raymond J. Dolan était d'examiner comment différents chemins sont rejoués dans le cerveau humain dans des situations où le résultat n'est pas facile à déduire. Ils ont examiné spécifiquement des scénarios dans lesquels les humains pourraient être en conflit quant à la décision d'approcher ou d'éviter un chemin donné, un dilemme connu sous le nom de conflit d'approche-évitement.

'Choisir de rester (éviter) ou de partir (approcher) est difficile lorsque nous ne sommes pas sûrs, et il est possible que la répétition dans le cerveau puisse expliquer comment nous finissons par prendre une décision', a déclaré McFadyen. 'Pour tester cette hypothèse, nous avons utilisé une technique d'imagerie cérébrale appelée magnétoencéphalographie, qui implique l'utilisation d'une machine posée sur le cuir chevelu pour capter les minuscules courants électriques qui passent à travers les neurones humains.'

La magnétoencéphalographie permet aux chercheurs de mesurer précisément les explosions d'activité dans différentes zones du cerveau et quand elles se produisent. McFadyen et ses collègues l'ont spécifiquement utilisée pour mesurer les explosions très rapides d'activité cérébrale qui se produisent dans le cerveau pendant la répétition, qui sont espacées d'environ 40 millisecondes seulement.

Ils ont enregistré ces explosions d'activité chez 25 participants qui ont été invités à participer à un jeu simple basé sur des images. Au cours de ce jeu, les participants ont été présentés à différents scénarios où ils devaient choisir d'approcher ou d'éviter un chemin particulier.

'Les chemins n'étaient que des séquences d'images, et les participants ont appris quelles séquences se terminaient par des points positifs (bonus d'argent) ou négatifs (pas de bonus d'argent)', explique McFadyen. 'Un facteur clé était que, si les participants choisissaient d'approcher, ils pourraient ne pas pouvoir accéder au chemin qu'ils voulaient. Il y avait toujours une certaine probabilité (par exemple, 30 % de chances) qu'ils soient envoyés sur un chemin plus dangereux. Alors que les participants délibéraient sur la prise de risque ou non, nous avons capturé l'activité cérébrale qui nous intéressait le plus, à savoir celle associée à la répétition pendant le conflit d'approche-évitement.'

Après avoir collecté leurs enregistrements cérébraux, les chercheurs ont utilisé l'apprentissage automatique pour les analyser et déterminer lesquelles des images qui leur ont été présentées précédemment ont été rejouées dans le cerveau alors que les participants prenaient une nouvelle décision. En d'autres termes, les modèles qu'ils ont utilisés ont détecté la réactivation de séquences d'activité cérébrale qui ont été enregistrées pour la première fois lorsque les participants ont initialement été présentés avec une image donnée.

En analysant ces résultats en combinaison avec les décisions prises par les participants (c'est-à-dire s'ils ont approché ou évité un chemin donné), McFadyen et ses collègues ont ensuite pu déterminer quelles séquences étaient rejouées avant que les participants ne décident d'approcher ou d'éviter un chemin donné.

'Our biggest finding was that humans play out paths of the worst-case scenario,' McFadyen said. 'If participants eventually decided to avoid altogether, they tended to replay (or rather 'simulate') paths leading to the desired but forgone reward. On the other hand, if participants eventually decided to approach and take the risk, they tended to replay paths leading to the feared negative outcome. This sort of counterfactual thinking could be a way for the brain to make sure we don't forget alternative outcomes.'

The findings gathered by this team of researchers offer some interesting new insight about what past experiences humans tend to replay in their brain before deciding whether to approach or avoid a certain situation. In the future, they could inform additional works exploring the links between replay and decision-making, while also potentially improving our understanding of problematic avoidant behaviors associated with anxiety disorders and other psychiatric conditions.

'There are many places where this research could take us,' McFadyen added. 'One avenue would be to further investigate how to better measure replay in the human brain, as it is challenging to get reliable measures even with machine learning. Another avenue would be to then further investigate how replay relates to negative simulations of the past and the future that play a critical role in depression and anxiety. If we better understand where in the brain these simulations occur, and how spontaneous or controllable they are, then we can better guide mental health treatments.'

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