Le cerveau joue-t-il aux dés ?
Publié par Isabelle le 23/01/2020 à 14:00
Source: CNRS INSB
Pour optimiser les choix comportementaux, le cerveau générerait des prédictions sur son environnement à partir des informations acquises par l'expérience. Néanmoins, dans des situations extrêmes, nouvelles ou trop complexes, faire table rase du passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une échelle des temps centrée sur le...) et opter pour une stratégie (La stratégie - du grec stratos qui signifie « armée » et ageîn qui signifie « conduire » - est :) aléatoire peut être plus avantageux. Les chercheurs ont développé une expérience dans laquelle, pour faire face à un problème complexe et obtenir des récompenses, les souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de...) apprennent à générer des séquences de choix aléatoires. Ces résultats, publiés dans la revue Communications biology, suggèrent donc un mécanisme actif afin de s'adapter au besoin de variabilité dans les comportements.


© Marwen Belkaid & Philippe Faure
Figure: Les souris sont entraînées à effectuer une série de choix binaires entre des récompenses obtenues lorsqu'elles rejoignent une des trois zones marquées au sol. Elles ne peuvent obtenir deux récompenses consécutivement sur la même zone. Aussi, les souris ont vite appris à se déplacer de zone en zone pour obtenir une récompense. Si les zones sont associées à l'obtention systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre, basé...) d'une récompense, les souris produisent des séquences répétitives. Si l'obtention de la récompense est conditionnée par l'adoption d'un comportement plus variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable...), les souris génèrent des séquences en apparence aléatoire.

Bon nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de nos choix consistent à répéter des actions réussies dans le passé. Cependant, dans certains cas, et même lorsque l'on est confronté à une même situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il inscrit un lieu dans un cadre plus général afin de le qualifier à...) de manière répétée, produire un comportement inhabituel, variable ou imprévisible peut constituer un avantage stratégique. C'est par exemple le cas de proies qui échappent à un prédateur (Un prédateur est un organisme vivant qui met à mort des proies pour s'en nourrir ou pour alimenter sa progéniture. La prédation est très courante dans la...) ou d'humains qui jouent à des jeux de compétition. La génération volontaire de comportements aléatoires est réputée difficile, notamment chez l'humain. Pour certains, la variabilité comportementale trouve son origine dans du bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) (sensoriel ou moteur) ou dans des erreurs du système. Il n'est donc toujours pas clair si le cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses...) est capable de générer de la variabilité délibérément.

Les chercheurs ont conçu une expérience dans laquelle des séquences de choix non répétitives sont renforcées. Des souris sont entraînées à effectuer une séquence de choix binaires dans une arène où trois lieux (A, B et C) sont explicitement associés à des récompenses. Les animaux sont récompensés lorsque leur décision augmente la "complexité (La complexité est une notion utilisée en philosophie, épistémologie (par exemple par Anthony Wilden ou Edgar Morin), en physique, en biologie (par exemple par Henri Atlan), en sociologie, en informatique ou...) grammaticale" de leur dernière séquence de 9 choix ('ACAB' étant plus complexe que 'ACAC'). Les récompenses sont délivrées suivant des règles déterministes, il n'y a pas de hasard (Dans le langage ordinaire, le mot hasard est utilisé pour exprimer un manque efficient, sinon de causes, au moins d'une reconnaissance de cause...). Si un animal (Un animal (du latin animus, esprit, ou principe vital) est, selon la classification classique, un être vivant hétérotrophe, c’est-à-dire...) rejoue une même séquence il recevra donc exactement les mêmes récompenses. La variabilité du comportement ne peut donc pas s'expliquer par une variabilité dans l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à...).

Pour maximiser leur gain, les souris ont deux options: soit utiliser leur mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) (se rappeler de la séquence de 9 choix), soit choisir au hasard. En accord avec d'autres travaux, les chercheurs ont constaté que les souris augmentaient progressivement la variabilité de leurs séquences de choix. Plus important encore, les résultats expérimentaux et la modélisation suggèrent qu'elles atteignent la meilleure performance possible en utilisant la sélection aléatoire, sans utiliser leur mémoire. Cela suggère l'existence d'un processus cérébral actif permettant l'ajustement des paramètres de décision afin de s'adapter au besoin de variabilité. Les résultats de cette étude ouvrent la voie à de nouvelles questions passionnantes: Le mode par défaut est-il la répétition ou la genèse de hasard ? Comment identifie-t-on les situations où il est avantageux de faire l'aléatoire ? Quelles sont les bases neurales permettant d'adopter une telle stratégie ?

Pour en savoir plus:
Mice adaptively generate choice variability in a deterministic task

Belkaid M, Bousseyrol E, Durand-de Cuttoli R, Dongelmans M, Duranté E.K, Ahmed Yahia T, Didienne S, Hanesse B, Come M, Mourot A, Naudé J, Sigaud O,* Faure P*
Communications biology, 21 Janvier 2020. doi.org/10.1038/s42003-020-0759-x

Contact:
Philippe Faure - Directeur de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'IPBS Neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux que pathologiques, des neurones et du système nerveux.) Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine...) Seine - (CNRS/Sorbonne Université/Inserm)
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