Marqueurs électrophysiologiques frontaux de la surveillance des performances et du comportement exploratoire chez l'homme

Frontal electrophysiological markers of performance monitoring and exploratory behaviour in humans

• Auteur / Autrice : Laura Viñales Pacheco
• Direction : Emmanuel Procyk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences cognitives
• Date : Soutenance le 06/04/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Neurosciences et Cognition (NSCo) (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Cellule souche et cerveau (Bron ; 2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Didier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Procyk, Francesca Sargolini, Julien Bastin, Boris Burle
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Francesca Sargolini, Julien Bastin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Adaptation (psychologie)

Cortex préfrontal

Neurosciences cognitives

Mots clés libres

Exploration

Vérification

Incertitude

Cortex préfrontal

EEG

Exploration

Uncertainty

Verification

Prefrontal cortex

EEG

Résumé

La survie de chaque être vivant repose fortement sur sa capacité à détecter les changements dans l'environnement et sur sa rapidité à s'adapter efficacement. Dans ce contexte, les fonctions cognitives qui soutiennent l'exploration - pour trouver des solutions aux problèmes- et la vérification - pour réduire l'incertitude et augmenter l'efficacité de nos actions- sont très pertinentes pour l'adaptation comportementale. Il a été démontré que le cortex préfrontal joue un rôle de premier plan dans le contrôle exécutif et la régulation de ces fonctions, en particulier le cortex préfrontal latéral (LPFC) et le cortex cingulaire médial (MCC), bien que les processus qui sous-tendent ces processus cognitifs posent encore des défis pour les neurosciences. Comprendre les mécanismes et les dynamiques neuronales qui effectuent l'évaluation des performances pourrait également être la base pour comprendre certaines des altérations qui se développent dans les pathologies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson (MP) et dans les troubles du comportement tels que le trouble obsessionnel-compulsif. Cette thèse vise à évaluer les fonctions supportant le comportement adaptatif en adaptant des protocoles expérimentaux destinés aux études de primates non humains pour réaliser des études chez l'humain au moyen de techniques d'électroencéphalographie, et à identifier des marqueurs de fonctions adaptatives. Dans une première étude, la négativité liée au feedback (FRN) de performance, dont le rôle dans l’apprentissage et la relation avec le système dopaminergique ont été proposés, a été évaluée, ainsi que les oscillations évoquées par le feedback de performance dans une tâche de résolution de problèmes par essais et erreurs. L'étude a concerné le comportement exploratoire et l'exploitation chez des sujets témoins et chez des patients atteints de la maladie de Parkinson, et a démontré la sensibilité de marqueurs, en particulier la sensibilité de l'activité bêta liée au suivi des performances et à la condition des sujets. La deuxième étude portait sur les processus de recherche d'information, grâce à un protocole appliqué à des sujets humains jeunes et en bonne santé. La tâche expérimentale utilisé provoquait des décisions de vérification en utilisant des renforcements positifs et négatifs et des indices visuels sur l’évolution des performances. L'étude a mis en évidence des stratégies comportementales et les dynamiques neuronales sous-jacentes dans les régions frontales qui contribuent à la prise de décision lors de la recherche et de la vérification d'information.

The survival of every living being is strongly relying on its ability to detect changes in the environment and on its speed to adapt efficiently. Within this context, cognitive functions that support exploration to find solutions and verification to reduce uncertainty and increase the efficiency of our actions are very relevant to behavioral adaptation. It has been shown that the prefrontal cortex plays a leading role in the executive control and regulation of these functions, especially the lateral prefrontal cortex (LPFC) and the medial cingulate cortex (MCC), although the processes that underlie them still pose challenges for their total understanding. Understanding the neuronal mechanisms and dynamics that carry out the evaluation of performance could also be the basis tounderstand some of the alterations developing in neurodegenerative pathologies such as Parkinson's disease (PD) and in behavioral disorders such as obsessive-compulsive disorder. This thesis seeks to evaluate the functions support adaptive behavior by adapting experimental protocols designed for studies of non-human primates to carry out studies in humans by means of electroencephalography techniques, and identify markers of adaptive functions. In a first study, feedback-related negativity (FRN) was evaluated, which has been shown to have a relationship with learning and the dopamine system, and oscillations evoked by feedback in a problem-solving task by trial and error. The study challenged exploratory behavior and exploitation in control subjects and in patients with Parkinson's disease, and demonstrated the sensitivity of these markers to the subject group, especially the sensitivity of beta activity related to monitoring performance. The second study addressed information search processes that reduce uncertainty, through a protocol applied in young and healthy human subjects. The experimental task challenged the verification process using positive and negative reinforcements and visual information on trends in performance. The study evidenced behavioral strategies and the underlying neural dynamics in frontal regions that contribute to decision-making during information seeking and verification.