Réseaux cognitifs sous-jacents à la prise de décision basée sur la valeur

Cognitive networks underlying value-based decision-making

• Auteur / Autrice : Clarissa Baratin
• Direction : Julien Bastin, Guillaume Becq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives, psychologie et neurocognition
• Date : Soutenance le 07/03/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des neurosciences de Grenoble
• Jury : Président / Présidente : Philippe Kahane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Romy Frömer
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Maël Lebreton, Catherine Tallon-Baudry

Mots clés

Mots clés contrôlés

Neurosciences cognitives

Prise de décision

Mots clés libres

Prise de décisions

Neurosciences cognitives

Enregistrements intracérébraux

Decision-Making

Intracranial recordings

Cognitive neuroscience

Résumé

Comment arrivons-nous à décider entre différentes options ? Cette question, qui a inspiré des générations d'économistes et de psychologues, est désormais entrée dans le domaine des neurosciences cognitives, où elle a évolué en : comment notre cerveau décide-t-il entre différentes options ? Les mécanismes sous-jacents ont souvent été décomposés en plusieurs étapes. Tout d'abord, une étape d’évaluation aurait lieu, où chaque option se voit attribuer une valeur subjective. Ensuite vient l'étape de comparaison, où les valeurs subjectives des différentes options sont comparées, et enfin l'étape de sélection, où l'une des options est choisie. L'étape de valorisation recruterait un réseau fronto-striatal, comprenant le cortex préfrontal ventromédian (vmPFC), qui encoderait les valeurs de stimuli plaisants sur une échelle commune abstraite. La représentation neurale de stimuli déplaisants est moins bien comprise, mais pourrait recruter le cortex insulaire antérieur (aIns). Les processus de comparaison et de sélection impliqueraient la représentation neurale des valeurs des options choisies et non choisies les unes par rapport aux autres. Cependant, selon de nouvelles informations, la dynamique de cet encodage pourrait dépendre de l'objectif de la tâche (par exemple, ''choisir la meilleure options vs ''choisir la pire option''). Enfin, les processus de prise de décision peuvent être influencés par l'activité pré-stimulus endogène au cerveau, entraînant une variabilité dans les choix effectués. Dans cette thèse, nous examinons comment ces trois facteurs différents - la valence, l'objectif de la tâche et l'activité endogène - interagissent avec les mécanismes neuronaux sous-jacents à la prise de décision basée sur la valeur. Pour ce faire, dans une première étude, des données d'électroencéphalographie intracranienne (iEEG) ont été acquises auprès de 30 patients épileptiques alors qu'ils évaluaient des stimuli plaisants et déplaisants, avant de prendre des décisions binaires, manipulées en termes de valence et d'objectif. Dans une deuxième étude impliquant 10 patients épileptiques, une interface cerveau-ordinateur basée sur l’iEEG a été utilisée pour évaluer l'effet de l'activité pré-stimulus sur le choix multi-attributs. Nos résultats apportent de nouvelles connaissances concernant les processus de valorisation et de comparaison, en montrant un encodage des valeurs plaisantes et déplaisantes dans le vmPFC et l'aIns, en décrivant comment l'objectif de la tâche module la représentation neurale des valeurs de choix, et en démontrant un effet de l'activité pré-stimulus du vmPFC/aIns sur le choix effectué.

How do we decide between different options? This question, which has inspired generations of economists and psychologists, has now entered the realm of cognitive neuroscience, where it has evolved into: how does our brain implement a decision between different options? The underlying mechanisms have often been decomposed into several stages. First, a valuation stage would occur, where each option under consideration is assigned a subjective value. Then comes the comparison stage, where the subjective values of different options are compared, and finally the selection stage, where one of the options is chosen. The valuation stage is thought to recruit a fronto-striatal network, including the ventromedial prefrontal cortex (vmPFC), which encodes the values of pleasant stimuli on an abstract common scale. The encoding of unpleasant stimuli is comparatively less well understood, but might recruit the anterior insular cortex (aIns). Comparison and selection processes are thought to involve the neural representation of chosen and unchosen option values relative to each other. However, the dynamics of this encoding may depend on the goal of the task (e.g. “choosing the best options” vs “choosing the worst option”). Finally, decision-making processes may be influenced by pre-stimulus activity endogenous to the brain, leading to variability in the choices made. In this thesis, we investigate how these three different factors: valence, task goal, and endogenous activity, interact with the neural mechanisms underlying value-based decision-making. To do so, in a first study, intracranial EEG (iEEG) data was acquired from 30 epileptic patients while they evaluated pleasant and unpleasant stimuli, prior to making binary decisions, which were manipulated in terms of valence and goal. In a second study involving 10 epileptic patients, an iEEG brain-computer interface setup was used to assess the effect of pre-stimulus activity on multi-attribute choice behavior. Our findings shed light on the neural underpinnings of valuation and comparison processes, by showcasing an encoding of pleasant and unpleasant values in the vmPFC and aIns, describing how task goal modulates the representation of choice values in these regions, and demonstrating an effect of vmPFC/aIns pre-stimulus activity on choice behavior.