mardi 29 octobre 2019

Quelle Partie du Cerveau Prend les Décisions ?



Dans notre vie quotidienne, nous sommes capables de prendre des milliers de décisions, 
qui peuvent avoir plus ou moins d’importance

S'il y a quelque chose qui caractérise les êtres humains, c'est que toute leur vie repose sur une prise de décision continue, couvrant non seulement les besoins ou situations de base, mais ayant des effets à court terme  quoi manger, quels vêtements porter, etc.  mais aussi d'autres plus complexes  quelle formation politique voter, où investir, accepter ou non une offre d'emploi, se faire opérer, par exemple  dont les conséquences laissent longtemps leurs traces, parfois de façon permanente et irréversible.

La formule classique de Platon a régné pendant près de 20 siècles, selon laquelle l'homme a une âme en conflit constant, divisée entre la raison et les émotions tenues pour responsables des erreurs. Cependant, la science moderne, surtout depuis le XXème siècle  avec le développement de la psychologie et des neurosciences  a montré que, dans les faits, le processus est beaucoup plus complexe.

Selon le neuro-scientifique Lehrer, il ne faut pas sous-estimer, comme le faisaient les philosophes classiques, les émotions, car elles jouent un rôle majeur dans le processus de la pensée. Elles sont positives, même lorsque des erreurs sont commises, car à moins de ressentir les symptômes désagréables de l’erreur, le cerveau n’examinera jamais ses modèles.

Comment prendre une décision rapide et adaptée dans un environnement complexe et changeant ? C’est une question à laquelle nous sommes tous confrontés, pris dans les flots d’information parfois contradictoires propres à la vie moderne.

De façon plus pragmatique, il s'agit d'un enjeu de survie pour tous les organismes vivants qui naviguent entre la nécessité de quérir des ressources et celle d’éviter les prédateurs. Dès lors, il semble raisonnable de postuler que l’évolution a favorisé le développement d’une architecture cérébrale permettant une prise de décision rapide et adaptée. En identifier les principes fonctionnels est un enjeu majeur des neurosciences contemporaines.

Comment le cerveau et les circuits neuronaux agissent-ils pour traiter les informations et choisir en conséquence ?

Nous devons choisir quoi faire et, bien que les décisions soient logiquement très différentes, nos circuits neuronaux doivent fonctionner pour traiter toutes les données et choisir en conséquence. La science se demande depuis des années exactement comment fonctionnent les groupes de neurones responsables de la prise de décision. Avant de prendre une décision, nous devons analyser les conditions environnantes. Le cerveau, avant l'élection, doit traiter cette information et ensuite être capable de décider correctement.

Jusqu'à présent, les scientifiques pensaient qu'il y avait deux groupes de neurones : un premier réseau de cellules nerveuses serait chargé de filtrer si le mouvement ou la couleur était plus pertinent pour prendre la décision, tandis que le second groupe de neurones devrait uniquement tenir compte des informations sensorielles, préalablement filtrées pour choisir ce que nous faisions.

En d'autres termes, la recherche a supposé que nous ne pouvions pas traiter toutes les informations de manière globale et que, par conséquent, nous avions besoin de deux passerelles neurales, qui nous aideraient à filtrer ces données.

Évolution de certaines études scientifiques concernant la prise de décision

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Des chercheurs découvrent une zone du cerveau liée à la prise de décision

Un groupe de chercheurs de l'Université de Saint-Jacques-de-Compostelle, dont l'étude a été publiée dans les Actes de l'Académie des États-Unis d'Amérique (PNAS) en octobre 2009, a découvert une zone du cerveau, appelée cortex prémoteur, chargée de la surveillance et d’analyser les conséquences des décisions.

Pour adapter les décisions aux besoins de l’environnement, l’être humain doit évaluer ses actions et savoir si les réponses données sont correctes, grâce à l’introspection, à la mémoire et à la prise de décision, fonctions qui dépendent du cortex prémoteur.

Les chercheurs ont montré que les neurones de cette partie du cerveau effectuent toutes les opérations nécessaires à la prise de décision, évaluent leurs résultats et, par conséquent, modifient les critères d'ajustement du comportement.

Ils ont souligné, dans un communiqué, qu'il s'agissait d'une découverte d'une grande importance, car ces fonctions sont altérées dans de nombreux troubles du comportement et peuvent donc être des cibles thérapeutiques pour ces maladies.


Des chercheurs localisent la place du cerveau où les décisions sont prises

Selon une étude réalisée par des scientifiques de l'Université de Stanford et publiée dans le magazine Nature en novembre 2013, les décisions sont prises dans une seule région du cerveau. Et ce serait dans le cortex préfrontal  le lobe frontal , une zone dans laquelle un seul groupe de neurones intègre les informations pour prendre plus tard une décision à ce sujet. C'est une découverte que, si elle était confirmée, pourrait changer plusieurs concepts considérés comme allant de soi en neuroscience, car jusqu'à présent, on pensait que deux groupes de neurones entraient en jeu, et non un comme cela a été prouvé.

La ligne de recherche, dans laquelle ils ont utilisé des singes en tant que modèles animaux et programmes informatiques complexes, a conclu qu’il existe un point spécifique du cortex préfrontal responsable de ce type de traitement de données et de prise de décision.

En d'autres termes, il n'y aurait pas deux circuits neuronaux  filtrage de l'information et choix final . Au contraire, les décisions seraient prises par un seul groupe de neurones, situés dans le lobe frontal, qui intégrerait les informations et ferait ensuite un seul choix.

Leurs travaux, qui consistaient en des expériences biologiques et en utilisant des modèles informatiques, changeraient nombre des concepts actuellement connus en neuroscience. Cette étude, à l'instar d'autres projets liés à des projets neuro-biologiques, démontre une nouvelle fois l'inconnu que le cerveau est aujourd'hui, au 21ème siècle.


La zone du cerveau pour la prise de décision et la planification est "exclusivement humaine"

Des scientifiques de l'Université d'Oxford, dont les conclusions ont été publiées dans le magazine Neuron en janvier 2014, ont découvert une zone du cerveau qui semble être exclusive à l'homme et qui a très probablement quelque chose à voir avec les pouvoirs cognitifs.

Une zone de la taille d'une noix située dans le cortex frontal s'appelle le pôle frontal latéral. Il est responsable de la planification et de la prise de décision et, selon les nouvelles découvertes, n’a pas d’équivalent dans le cerveau du singe. Les chercheurs pensent donc que cette région du cerveau pourrait être responsable de la supériorité de l'être humain dans les tâches qui nécessitent une planification stratégique, la prise de décision et l'exécution de plusieurs tâches simultanément.

Les chercheurs ont comparé l'imagerie par résonance magnétique du cortex frontal ventrolatéral chez l'homme et chez le macaque, une région du cerveau qui contrôle le langage et les processus complexes de la pensée. Étonnamment, il a été constaté que la région était en grande partie reliée de la même manière entre les espèces. Mais la différence notable était le pôle frontal latéral.

Les parties du gros cortex frontal ventrolatéral sont impliquées dans des maladies telles que le TDAH (trouble d'hyperactivité avec déficit de l'attention), la toxicomanie et les troubles compulsifs. Le langage est affecté lorsque des parties de la zone sont endommagées à la suite d'un accident vasculaire cérébral ou de maladies neurologiques.

Par conséquent, une compréhension plus approfondie de cette zone aidera les scientifiques à en apprendre davantage sur les changements du cerveau dus aux maladies et aux dommages.


La prise de décision implique une zone du cerveau jusqu'à présent méconnue

Des scientifiques de l'Institut de neurosciences cognitives et intégratives d'Aquitaine (INCIA, CNRS/Université de Bordeaux), dont les travaux ont été publiés dans The Journal of Neuroscience en septembre 2015,  ont découvert qu'une zone du cerveau située dans le thalamus joue également un rôle capital dans la mise en œuvre d’une architecture cérébrale permettant une prise de décision rapide et adaptée.

Classiquement, il a été considéré que les fonctions cognitives les plus avancées, comme la capacité à raisonner, à planifier ou encore à élaborer des stratégies en vue de résoudre un problème, devaient nécessairement s’incarner dans les régions du cerveau les plus évoluées. De ce raisonnement découle un large intérêt des neuro-scientifiques pour le cortex, et plus particulièrement pour sa partie dite préfrontale. Cet engouement, s’il est compréhensible, a pour inconvénient d’occulter l’apport fonctionnel d’autres régions cérébrales.


Chez l’homme (à gauche) comme chez le rongeur (à droite), le cortex préfrontal (en vert) est la partie la plus antérieure du cerveau. Chez ces deux espèces, le thalamus (en bleu) correspond à une région profonde, dite sous-corticale.

Une région sous-corticale précise retient particulièrement l’attention : le thalamus, source principale de l’innervation de l’ensemble du cortex, et particulièrement de sa subdivision préfrontale.

Il faut concevoir le thalamus comme une structure fortement différenciée, constituée d’une multitude de “noyaux”  des groupements de neurones  ayant chacun une connectivité corticale qui lui est propre.

Initialement, le rôle du thalamus était conçu comme celui d’un transfert passif de l’information vers l’étage cortical supérieur, où les opérations mentales complexes sont censées opérer. Dès le début des années 1980, le rôle du thalamus dans la mémoire a pourtant été reconnu. Quelques années plus tard, certaines conceptions théoriques issues de la neurophysiologie ont fait valoir le fait que le cortex envoie lui aussi, en retour, des projections vers le thalamus et donc que cette dernière région ne saurait être limitée à un rôle de relais.

Il faut néanmoins attendre les toutes dernières années et la mise à disposition de nouvelles techniques en neurobiologie pour véritablement s’attaquer aux principes fonctionnels à l’œuvre dans les “boucles” formées par les projections réciproques unissant cortex et thalamus.

Les neurones du cortex préfrontal qui
innervent le thalamus apparaissent en rouge
Les scientifiques peuvent désormais étudier de façon spécifique les éléments constituants de ces fameuses boucles : les voies thalamo-corticales (du thalamus vers le cortex) et les voies cortico-thalamiques (du cortex vers le thalamus).

Pour ce faire, ils ont réalisé deux expériences complémentaires sur le rat visant à inhiber de façon transitoire et spécifique, par la méthode pharmacogénétique, les neurones thalamiques innervant le cortex préfrontal ou bien, au contraire, les neurones corticaux innervant le thalamus.

À chaque fois, ils ont examiné le choix des animaux lorsqu’ils évaluaient la valeur courante de la récompense ou le lien causal entre l’action et son effet.

Les résultats obtenus permettent d’établir que ces voies ont un rôle complémentaire mais néanmoins différent : inhiber la voie cortico-thalamique empêche les animaux de fonder leur choix sur la valeur courante de la récompense, mais pas sur l’effet escompté de l’action. Inhiber la voie thalamo-corticale est à l’inverse essentiellement délétère pour baser le choix sur le lien causal entre l’action et son effet.

Schéma d’un cerveau de rat montrant que les deux attributs principaux de la prise de décision, valeur de l’action et contingence, sont implémentés de façons différentielles par les voies thalamocorticales et corticothalamiques.

Ces résultats vont clairement à l’encontre de la vision classique du thalamus conçu comme un relais, puisqu’ils font au contraire apparaître le cortex préfrontal et le thalamus comme deux partenaires ayant chacun une partition à tenir pour une prise de décision adaptée. La direction de propagation de l’information apparaît dès lors comme une caractéristique fonctionnelle importante des circuits thalamo-corticaux.

Cette caractéristique ouvre de nouvelles perspectives pour mieux appréhender les principes de fonctionnement des circuits neuronaux. De nombreuses régions cérébrales sont réciproquement connectées et éprouver la généralité du principe de direction des informations apparaît comme un objectif important.

Cette étude permet d'identifier l'existence d'un circuit entre le thalamus et le cortex qui s'avère primordial dans la prise de décision adaptée à l'environnement. L'originalité de cette découverte provient du rôle fondamental que les chercheurs attribuent au thalamus submédian, une structure jusqu'à présent ignorée dans le domaine des comportements adaptatifs. Ce résultat suggère que de nombreux circuits fonctionnels sous-tendant ce type de comportement impliqueraient une contribution du thalamus. Les chercheurs comptent poursuivre l'exploration de ces circuits thalamo-corticaux, dont la compréhension pourrait améliorer notre connaissance de nombreuses pathologies, comme la schizophrénie ou encore l'addiction.


Des chercheurs trouvent une zone du cerveau qui génère des décisions "presque automatiques"

Des chercheurs de l'Université Pompeu Fabra et de la clinique hospitalière de Barcelone (Espagne), de Bournemouth (Royaume-Uni) et de l'Université Harvard (États-Unis), dont l'étude a été publiée dans la revue Nature Communications en mars 2017, ont découvert la région du cerveau, le cortex orbitofrontal, où les décisions reposent sur des expériences récentes, qui permettraient de prédire le comportement humain même avant le stimulus.

L'étude a montré que le cortex orbitofrontal pourrait être beaucoup plus impliqué dans la prise de décision qu'on ne le pensait auparavant.

Selon les recherches, cette région pourrait être responsable de l'intégration des informations sensorielles avec l'expérience récente afin de prendre une décision qui prenne en compte toutes les informations accessibles et optimise ainsi leurs chances de succès.

Pour les êtres vivants, obtenir des informations correctes du monde extérieur  par le biais des sens  est un processus essentiel pour prendre la décision la plus appropriée dans chaque situation particulière.

Les chercheurs ont travaillé avec des rats entraînés à résoudre une tâche de discrimination auditive, afin de commencer à comprendre le processus de prise de décision au niveau neuronal et les régions du cerveau impliquées. Les rats avaient la capacité de combiner les informations sensorielles qui leur avaient été données avec des données dont le passé était proche.

Ils ont découvert que les neurones du cortex orbitofrontal codent l'ensemble des variables pertinentes pour l'exécution correcte de la tâche : le passé récent, les informations sensorielles actuelles et, étonnamment, ils ont révélé pour la première fois une activité prédictive de la décision, même avant que l'information sensorielle soit présentée.

Selon les auteurs, c'est l'une des premières études à analyser, en fonction sur le comportement et les neurones, auxquels devaient-ils lire leur activité, dans le but de pouvoir prédire leur décision avant que le stimulus soit présenté.

Un autre progrès a été réalisé en effectuant des enregistrements électro-physiologiques dans le cortex orbitofrontal, ce qui leur a permis d'accéder à l'activité d'un petit groupe de neurones avec une résolution temporelle très élevée.

Une autre préoccupation de la science est de distinguer le cerveau féminin du cerveau masculin. On sait maintenant que, au-delà du sexe de la personne, l'interaction des hormones sexuelles féminise ou masculinise le cerveau.

Le "sexe du cerveau" est déterminé par l'exposition hormonale du bébé avant la naissance, qui n'a aucun lien avec l'homme ayant des testicules ou des ovaires, ni par la symétrie du cerveau de la femme entre les deux hémisphères.

Une combinaison d'expériences récentes et de celles du moment sont celles qui évaluent le cortex orbitofrontal du cerveau pour prendre une décision, une découverte qui, selon les scientifiques, ouvrirait la porte à la prédiction du comportement humain.

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Le cortex préfrontal

Le cortex préfrontal est le reflet le plus sophistiqué de notre évolution. Du point de vue évolutif, il s’agit de la dernière région corticale à se développer. Son développement n’est en réalité complet qu’à l’âge de 20 ou 25 ans.


Il est identifié facilement car il s’agit de cette zone rugueuse et plissée, située dans la zone la plus proche de notre visage, là où sont contenus les processus mentaux et cognitifs les plus complexes.

C’est la région du cerveau associée à la planification de comportements cognitivement complexes et à l’expression de la personnalité. Les scientifiques appellent “fonctions exécutives” toutes ces tâches sophistiquées effectuées par le cortex préfrontal.

Les parties du cortex préfrontal

Le cortex préfrontal est ce centre de contrôle sophistiqué et en même temps extrêmement complexe qui possède de multiples connexions avec différentes régions du cerveau. Ainsi, des structures telles que l’hippocampe, le thalamus et le reste des lobes cérébraux partagent avec lui des voies directes, des canaux où l’information va et vient de manière quasi incessante.

Les fonctions du cortex préfrontal

* Il coordonne et ajuste notre comportement social.

* Il nous aide à contrôler les impulsions et à gérer nos émotions.

* C’est dans cette zone que nous mettons en œuvre les processus liés à notre personnalité (être plus timide, plus audacieux, plus ouvert à l’expérience …).

* La motivation, la capacité à disposer de suffisamment d’illusion et d’impulsion pour atteindre un but, est également située dans le cortex préfrontal.

* Nous concentrons l’attention, nous organisons des informations complexes et planifions.

* C’est ici que se situe également la mémoire de travail, ces compétences cognitives grâces auxquelles nous conservons des informations lorsque nous expérimentons ou faisons des choses.


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Le cortex orbitofrontal

Le cortex orbitofrontal est l’une des zones cérébrales les plus intéressantes. Il est lié à notre personnalité, à nos émotions et surtout au comportement social.

Le cortex orbitofrontal est situé dans la partie frontale du cerveau. Il est juste au-dessus de nos orbites, ou cavités oculaires, et possède également des connexions directes avec les zones sensorielles et les structures du système limbique liées à l’émotion et à la mémoire.

Fonctions du cortex orbitofrontal

Le traitement des émotions sociales. Cette zone est connectée au système limbique ainsi qu’à l’amygdale. Or, la particularité de cette région est qu’elle articule les émotions liées à nos comportements sociaux : l’agressivité, le manque de respect, savoir vivre ensemble en favorisant des interactions appropriées avec les autres…

Cette structure abrite également un “système de surveillance”. En d’autres termes, nous essayons grâce à elle de nous comporter en fonction d’un contexte, en nous adaptant à un équilibre social où nous contrôlons nos impulsions les plus basiques.

Le système de récompense. Le cortex orbitofrontal est également lié aux comportements que nous, les humains, effectuons en fonction des récompenses ou des punitions que nous recevons.

La prise de décisions. Cette zone de notre cortex frontal possède une relation étroite avec ce comportement complexe que constitue l’acte de prendre une décision. Dans cette structure se situe notre motivation lorsque nous prenons l’initiative d’un comportement ou d’une action déterminée. Les personnes ayant une lésion du cortex orbitofrontal pourraient montrer une grande apathie, inhibition ou même un mutisme lors de la prise de décision. Si elles franchissent le pas et initient un type d’action en fonction d’un problème, elles seront incapables d’évaluer quelle option est la moins risquée, la plus prudente et adaptée aux attentes du contexte social le plus proche.

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