Impact du vieillissement sur la prise de décision chez l'être humain en conditions écologiques

Impact of aging on human decision-making in ecological conditions

• Auteur / Autrice : Jean-Baptiste de Saint-Aubert
• Direction : Angelo Arleo, Ricardo Chavarriaga
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 20/12/2023
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement (Paris ; 1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de la vision (Paris ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Maurel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Micah Murray
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bettina Von Helversen, Irene van de Vijver

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électroencéphalographie

Prise de décision

Vieillissement

Mots clés libres

Vieillissement

Prise de décision

Conditions écologiques

Électroencéphalographie

Aging

Decision-making

Ecological conditions

Electroencephalography

Résumé

Chaque jour est fait d'innombrables décisions, influencées par la façon dont notre cerveau traite les informations perceptives, concentre l’attention, mobilise la mémoire ou apprend des choix passés. Ces mécanismes évoluent avec l’âge, et le vieillissement impacte l'interaction complexe des différents facteurs qui composent la prise de décision. Cette dernière repose souvent sur un équilibre entre l'exploration de nouvelles possibilités et l'exploitation d'options connues, et plusieurs études montrent que le vieillissement fait tendre les stratégies de décision vers l'exploitation. Cependant, la façon dont l'âge affecte ces stratégies et leurs corrélats neuronaux est encore mal comprise, en particulier dans les contextes dits écologiques de la vie courante. Les principaux objectifs de cette thèse étaient les suivants : i) caractériser l'impact du vieillissement sur le comportement exploratoire pendant l’apprentissage probabiliste ; ii) étudier la cohérence de ses effets sur la prise de décision en contexte abstrait et en contexte écologique ; iii) comprendre comment les bases neurales de ces processus sont affectées dans des conditions mobiles. L'approche méthodologique a reposée sur une analyse approfondie de la conception et de modélisation des tâches utilisées pour caractériser le dilemme exploration/exploitation. Elle a aussi comporté des mesures en électroencéphalographie (EEG) mobile, que nous avons validées par une étude des corrélats corticaux qui sous-tendent les processus cognitifs pendant la navigation active. Par une tâche comportementale déployée à grande échelle sur ordinateur, nous avons d'abord confirmé que les personnes âgées explorent moins que les jeunes, mais de façon plus parcimonieuse, car sans nécessairement impacter la performance et l'efficacité. Nous avons ensuite développé une tâche de décision spatiale dans des conditions écologiques qui présentent un contexte incertain prodiguant peu d’informations sur la distribution des récompenses. Nous avons constaté que les personnes âgées peuvent avoir recours à davantage d’exploration aléatoire et sous-optimale que les jeunes. Ces résultats bousculent la vision classique du dilemme exploration-exploitation fondée sur des paradigmes qui utilisent des représentations abstraites des options et des récompenses. L'analyse de l'activité corticale au cours de cette tâche montre que les personnes âgées présentent des marqueurs de l’absence de récompense moins prononcés dans les zones fronto-centrales que les jeunes, qui montrent un traitement visuel de cette information plus précoce et plus net dans les aires visuelles. Cela confirme des résultats antérieurs sur l'altération du traitement de la récompense chez les personnes âgées, et les étend aux scénarios de prise de décision en mobilité. Dans l'ensemble, ces travaux soulignent la nécessité de concevoir des paradigmes de prise de décision plus écologiques, engageant un ensemble plus large de processus cognitifs décisionnels. Ils soulignent aussi la nécessité de prendre en compte la grande hétérogénéité interindividuelle des effets de l'âge. Une meilleure compréhension des effets multiformes du vieillissement sur ces mécanismes sera essentielle dans un avenir où ce dernier prendra une place grandissante. En complément de ces contributions portant sur la prise de décision au cours du vieillissement sain, un projet a été mené pour évaluer les réponses corticales en EEG chez des sujets aveugles ayant reçu une thérapie de restauration visuelle par optogénétique. Ce projet fait partie d’une étude clinique impliquant une cohorte de patients atteints de rétinite pigmentaire, qui dégrade la vision au cours de l'âge adulte jusqu’à la cécité complète. L'étude a fourni des preuves objectives d'une récupération visuelle partielle au cours d'une tâche de prise de décision perceptive, en démontrant une modulation de l'activité cérébrale occipitale en fonction de la stimulation visuelle.

Any given day of a human’s life is made of countless decisions, that are influenced by the way our brain handles perceptive inputs, focuses attentional resources, mobilizes memory, or tries to learn from past choices. These processes change throughout lifespan, and human aging impacts the complex interplay of various cognitive and environmental factors that composes decision-making. Appropriate decisions often rely on a balance between exploring new possibilities and exploiting known options, and several studies have reported that aging shifts decision strategies from exploration to exploitation. However, little is known on how age affects exploration strategies and their neural substrates, let alone in uncertain, real-life environments. The main objectives of this doctoral thesis were: i) to characterize the impact of aging on explorative behavior during probabilistic reward learning; ii) to study the consistency of age-related effects in abstract value-based decision-making and in ecological, spatial decision-making; iii) to understand how neural correlates of decisions processes are shaped in mobile conditions. The methodological approach relied on an in-depth analysis of the best design and modeling choices of the decision tasks used to characterize the exploration-exploitation tradeoff. It also required mobile electroencephalography (EEG) recordings, that we validated by capturing brain correlates subtending cognitive processes during active landmark-based navigation with young adults. With a large-scale desktop-based behavioral study, we first confirmed that older adults rely significantly less on exploration than young adults, although not necessarily to the expense of performance and efficiency, thus using more parsimonious explorative strategies. Second, by using a novel spatial decision task that involved active motion in ecological conditions, we found that older adults can use more random, sub-optimal exploration than young adults in highly uncertain environments where subjects are provided with sparser information about the reward distribution. These findings challenge the classic view of the exploration-exploitation dichotomy based on decision-making paradigms that use abstract representations of options and rewards. Brain activity analysis during the active spatial decision task revealed that older adults presented delayed and less pronounced feedback-related negativity over fronto-central areas than young adults, who showed earlier and stronger visual processing of the negative feedback over visual cortical areas. This confirms previous findings on impaired reward processing during probabilistic learning in older adults, and extends them to active, spatial decision-making scenarios. Overall, these works highlight the need for enriching decision-making paradigms with more ecological setups that engage a broader set of cognitive processes involved in daily-life decision-making. It also stresses the necessity of taking into account the high inter-individual heterogeneity of age-related effects, e.g., by extending our set of behavioral models to more accurately depict exploration strategies in older individuals. Better understanding the multi-facets effects of aging on these mechanisms will be key in a future where it has an increasingly prominent role. Complementing the above main contributions focusing on decision-making throughout healthy aging, an aside project was conducted to assess EEG-based brain responses in blind subjects that received an optogenetic visual restoration therapy. This project was part of the multi-centric phase I/II clinical study PIONEER, which involves a cohort of patients affected by retinitis pigmentosa, a disease that leads to complete blindness over the course of adulthood. The EEG study provided objective evidence of partial visual recovery during a perceptual decision-making task, by demonstrating a modulation of occipital brain activity as a function of visual stimulation.