Nous en savons beaucoup, mais pas assez, sur la façon dont les rouages ​​s'accordent tous. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

Les décisions couvrent une vaste gamme de complexité. Il y en a des très simples: est-ce que je veux une pomme ou un morceau de gâteau avec mon déjeuner? Ensuite, il y en a beaucoup plus compliqués: quelle voiture devrais-je acheter, ou quelle carrière devrais-je choisir?

Les neuroscientifiques comme moi ont identifié certaines parties du cerveau qui contribuent à prendre des décisions comme celles-ci. Différentes régions traiter les sons, curiosités ou pertinent connaissance préalable. Mais comprendre comment ces acteurs individuels travaillent ensemble en équipe est toujours un défi, non seulement pour la compréhension de la prise de décision, mais pour l'ensemble du domaine des neurosciences.

Cela s'explique en partie par le fait que, jusqu'à présent, les neurosciences fonctionnent selon un modèle de recherche scientifique traditionnel: les laboratoires individuels travaillent seuls, généralement en se concentrant sur une ou quelques zones du cerveau. Cela fait qu'il est difficile pour un chercheur d'interpréter les données recueillies par un autre laboratoire, car nous avons tous de légères différences dans la façon dont nous menons des expériences.

Les neuroscientifiques qui étudient la prise de décision mettent en place toutes sortes de jeux différents pour les animaux, par exemple, et nous recueillons des données sur ce qui se passe dans le cerveau lorsque l'animal bouge. Quand tout le monde a une configuration expérimentale et une méthodologie différentes, nous ne pouvons pas déterminer si les résultats d'un autre laboratoire sont une indication sur quelque chose d'intéressant qui se passe réellement dans le cerveau ou simplement un sous-produit des différences d'équipement.

L'initiative BRAIN, que l'administration Obama a lancé dans 2013, a commencé à encourager le genre de collaboration dont les neurosciences ont besoin. Je pense juste qu'il n'est pas allé assez loin. J'ai donc co-fondé un projet appelé le Laboratoire international du cerveau - un méga-laboratoire virtuel composé de nombreux laboratoires dans différentes institutions - pour montrer que le proverbe «seul nous allons vite, ensemble nous allons loin» est vrai pour les neurosciences. La première question abordée par la collaboration porte sur la prise de décision par le cerveau.

L'équipe de décision du cerveau

Les laboratoires de neurosciences individuels ont déjà découvert beaucoup de choses sur la façon dont certaines zones du cerveau contribuent à la prise de décision.

Dites que vous choisissez entre une pomme ou un morceau de gâteau pour aller avec le déjeuner. D'abord, vous devez savoir que les pommes et le gâteau sont les deux options. Cela nécessite une action des zones du cerveau qui traitent l'information sensorielle - vos yeux voient la peau rouge vif de la pomme, tandis que votre nez prend la douce odeur du gâteau.

Ces zones sensorielles se connectent souvent à ce que nous appelons les zones d'association. Les chercheurs ont traditionnellement pensé qu'ils jouent un rôle dans mettre différents éléments d'information ensemble. En rassemblant des informations provenant des yeux, des oreilles, etc., les zones d'association peuvent donner une image plus cohérente. vue d'ensemble de ce qui se passe dans le monde.

Et pourquoi choisir une action plutôt qu'une autre? C'est une question pour le cerveau circuit de récompense, qui est critique dans peser la valeur des différentes options. Vous savez que le gâteau aura un goût délicieux maintenant, mais vous pourriez le regretter lorsque vous vous rendrez au gymnase plus tard.

Ensuite, il y a le cortex frontal, qui est censé jouer un rôle dans le contrôle de l'action volontaire. La recherche suggère qu'il est impliqué dans une action particulière une fois que suffisamment d'informations entrantes sont arrivées. C'est la partie du cerveau qui pourrait vous dire que le morceau de gâteau sent si bon que ça vaut toutes les calories.

Comprendre comment ces différents domaines du cerveau travaillent généralement ensemble pour prendre des décisions pourrait aider à comprendre ce qui se passe dans les cerveaux malades. Les patients atteints de troubles tels que l'autisme, la schizophrénie et la maladie de Parkinson utilisent souvent des informations sensorielles d'une manière inhabituelle, surtout si elle est complexe et incertaine. La recherche sur la prise de décision peut également éclairer le traitement de patients atteints d'autres troubles, tels que la toxicomanie et la toxicomanie. Effectivement, la dépendance est peut-être un excellent exemple de la façon dont la prise de décision peut aller très mal.

Un laboratoire collaboratif répandu dans le monde

À l'heure actuelle, les neuroscientifiques prennent beaucoup de clichés instantanés de ce qui se passe dans des régions particulières du cerveau lorsqu'il prend une décision. Mais ils ne se coordonnent pas beaucoup les uns avec les autres, donc ces gros morceaux ne s'accordent pas pour nous donner une vue d'ensemble de la prise de décision dont nous avons besoin.

C'est pourquoi une équipe de nous a rejoint le Laboratoire international du cerveau. Avec le soutien de l'International Neuroinformatics Coordinating Facility, du Wellcome Trust et de la Fondation Simons (également financeur de The Conversation US), nous visons à créer cette grande image en concevant une expérience à grande échelle qui utilise la même approche pour étudier plusieurs différentes zones du cerveau. Parce que le cerveau est si complexe, nous avons besoin de l'expertise de nombreux laboratoires différents qui se spécialisent dans des domaines particuliers du cerveau. Mais nous avons besoin d'eux pour coordonner et utiliser la même approche afin que nous puissions rassembler toutes les différentes parties de l'image.

Nous rassemblons une équipe de scientifiques de 21 qui travaillera très étroitement pour comprendre comment des milliards de neurones travaillent ensemble dans un seul cerveau pour prendre des décisions. Environ une douzaine de laboratoires différents feront chacun partie d'une grande expérience en mesurant l'activité des neurones chez les animaux engagés dans exactement le même jeu. Les membres de notre équipe enregistreront l'activité de centaines de neurones dans le cerveau de chaque animal. Nous allons collecter des dizaines de milliers d'enregistrements neuronaux que nous pouvons analyser ensemble.

Restez simple

Dans les décisions du monde réel, vous combinez beaucoup d'informations différentes - vos signaux sensoriels, vos connaissances internes sur ce qui est gratifiant, ce qui est risqué. Mais mettre en œuvre cela dans un contexte de laboratoire est assez difficile.

Nous espérons recréer l'expérience de recherche naturelle d'une souris. Dans la vraie vie, il y a beaucoup de chemins différents qu'un animal peut emprunter lorsqu'il navigue dans le monde à la recherche de quelque chose à manger. Il veut trouver de la nourriture, parce que la nourriture est gratifiante. Il utilise des signaux sensoriels entrants, comme, "Oh, je vois un cricket là-bas!" Un animal pourrait combiner cela avec un souvenir de récompense, comme, "Je sais que cette zone a luxuriants buissons, je me souviens d'hier, alors je J'irai là-bas. "Ou," Je sais qu'il y avait un chat ici la dernière fois, alors je ferais mieux d'éviter cette zone. "

Au premier passage, la configuration que nous utilisons pour le Laboratoire international du cerveau ne semble pas très naturelle. La souris a un petit appareil qui sert à signaler les décisions - c'est en fait une roue d'un jeu de Lego. Par exemple, il peut apprendre que lorsqu'il voit une image d'un réseau vertical et tourne la roue jusqu'à ce que l'image soit centrée, il obtient une récompense. Si vous pensez à ce qu'est la recherche de nourriture - en explorant l'environnement, en essayant de trouver des récompenses, en utilisant des signaux sensoriels et des connaissances antérieures - cette simple activité de Lego capte son essence.

Nous devions vraiment réfléchir à un compromis entre un comportement suffisamment complexe pour nous donner un aperçu des calculs neuronaux intéressants, et un concept suffisamment simple pour pouvoir être appliqué de la même manière dans de nombreux laboratoires expérimentaux différents. L'équilibre que nous avons atteint était une tâche de prise de décision qui commence simple et devient de plus en plus complexe au fur et à mesure qu'un individu atteint différentes étapes d'entraînement.

Même dans l'étape la plus simple et la plus précoce que nous observons, où les animaux ne font que des mouvements volontaires, ils décident quand faire un mouvement pour récolter une récompense. Je suis sûr que nous pouvons aller beaucoup plus loin, mais même si c'est aussi loin que nous avons, avoir des mesures neuronales de tout le cerveau pendant un simple comportement comme celui-ci sera très intéressant. Nous ne savons pas comment cela arrive dans le cerveau que vous décidez quand prendre une action particulière et comment exécuter cette action. Avoir des mesures neuronales de tout le cerveau de ce qui s'est passé juste avant que l'animal décide spontanément d'aller chercher une récompense sera un grand pas en avant.

À propos de l’auteur

Anne Churchland, professeure agrégée de neuroscience, Laboratoire de Cold Spring Harbor

Cet article a été publié initialement le The Conversation. Lis le article original.

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