Mécanismes neurocomportementaux de la motivation intrinsèque

Neurobehavioral mechanisms of intrinsic motivation

• Auteur / Autrice : Evangelia Petropoulou
• Direction : Nathalie George
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Cerveau, cognition, comportement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut du cerveau et de la moelle épinière
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Experimental Neurosurgery

Mots clés

Mots clés libres

Récompense

Maladie de Parkinson

Prise de décision

Dopamine

Motivation

Émotions

Reward

Decision-making

Parkinson's disease

Dopamine

Motivation

Emotions

Résumé

Les humains naviguent quotidiennement à travers une abondance d'informations pour prendre des décisions. Ces données sont traitées par des réseaux neuronaux dédiés, évaluant les meilleures options. Ce processus, médié par un mécanisme d'attribution de valeur comparant les récompenses extrinsèques potentielles (exemple : argent ou nourriture), mène à l'émergence de différentes préférences. Les modèles rationnels de prise de décision basés sur cette théorie échouent néanmoins à prédire précisément les comportements humains. Des recherches récentes suggèrent que les préférences peuvent également être influencées par des éléments intrinsèquement gratifiants, comme l'opportunité de choisir. Cette idée a été soulignée dans le contexte de la motivation intrinsèque, qui pousse un agent réalisé l'action elle-même et non pour ces conséquences. Les corrélats neuronaux de la motivation intrinsèque restent à comprendre, mais plusieurs preuves suggèrent l'existence d'un réseau neuronal dopaminergique commun encodant la valeur des récompenses extrinsèques et intrinsèques. Par exemple, les neurones dopaminergiques signalent la valeur d'indices visuels informatifs, sans altérer le taux de récompenses extrinsèques. De même la manipulation du traitement dopaminergique de patients atteints de la maladie de Parkinson modifie les préférences pour le choix. Le rétablissement de ces préférences est également lié à une connectivité accrue entre les ganglions de la base et le cortex frontal médian, suggérant aussi l'implication des régions frontales dans la motivation intrinsèque. Cependant, ces processus étaient modulés par la quantité de récompenses extrinsèques en jeu dans l'environnement. Ainsi, comprendre comment la motivation extrinsèque et intrinsèque interagissent dans le cerveau pourrait éclairer sur les déficits motivationnels observés dans diverses pathologies neuropsychiatriques. Notre hypothèse est que, lorsque les récompenses extrinsèques sont égales, plusieurs types de récompenses intrinsèques peuvent influencer le comportement humain et animal. En étudiant la préférence pour l'opportunité de choisir dans une tâche de prise de décision, nous avons remarqué que les décisions peuvent être influencées par d'autres caractéristiques de la tâche telles que l'identité des images observées. Cela nous a conduit à l'idée que les images présentées peuvent également posséder une valeur intrinsèque, concurrençant ainsi d'autres formes de récompenses. L'objectif de cette thèse est d'examiner la psychophysiologie de la motivation intrinsèque associée à différentes préférences lors d'une tâche de prise de décision chez trois modèles : des humains en bonne santé, des patients atteints de la maladie de Parkinson et des primates non humains (PNHs). Premièrement, nous étudierons si les humains en bonne santé établissent des préférences pour les récompenses extrinsèques et intrinsèques de manière hiérarchique, tout en enregistrant leurs mouvements oculaires et faciaux. Nous supposons que, en plus de la déclaration explicite des préférences, ces marqueurs psychophysiologiques pourraient être des indicateurs des différentes préférences. Deuxièmement, nous répéterons cette expérience avec les patients atteints de la maladie de Parkinson avec et sans leur traitement et étudierons les éventuelles différences avec les humains en bonne santé. Troisièmement, dans le cadre d'un projet en cours enregistrant l'activité neuronale dopaminergique chez les PNHs, nous analyserons les mouvements faciaux et oculaires des animaux pour étudier si la modulation de ces marqueurs psychophysiologiques est liée aux préférences des différentes récompenses et à la modulation des neurones dopaminergiques. Ce projet pourrait approfondir notre compréhension des mécanismes motivationnels et les interactions entre le codage de la valeur, la réponse émotionnelle et l'expression motrice faciale.

Humans navigate through an abundance of information to make daily decisions. This information is treated by dedicated neural networks, whose role is to estimate and predict which options is the best for the agent. This process is mediated by a value attribution mechanism that traditionally occurs upon comparison of potential extrinsic rewards (ER), such as food or money, leading to the emergence of different preferences. However, rational models of decision making based solely on this theory often fail to accurately predict behaviour. Interestingly, recent research suggests that preferences can also be influenced by intrinsically rewarding elements, such as opportunity to choose. This idea has been highlighted in the context of intrinsic motivation, which is an autonomous form of motivation that drives an agent to perform behaviour in and of itself. The exact neural correlates underpinning intrinsic motivation remain unclear, although there is evidence suggesting the existence of a shared dopaminergic neural network for value coding of both extrinsic and intrinsic rewards. This is backed by the observation that midbrain dopamine (DA) neurons encode the inferred value of informative visual cues, even when information does not yield increased ER. Concurrently, a novel study showed that manipulating DA in the basal ganglia of Parkinson's disease (PD) patients changes preferences for choice, restoring appetence for choice when a dopaminergic treatment is administered. This reestablishment was also linked with increased connectivity between the basal ganglia system (subthalamic nucleus) and the medial frontal cortex, which hints at the implication of frontal areas in the encoding of intrinsic rewards (IR). However, these processes were modulated by the quantity of ER at stake in the environment. Thus, understanding how extrinsic and intrinsic motivation are implemented and compared in the brain could shed light to how complex reward-driven behaviors are produced, and why it is impaired in many neuropsychiatric pathologies. We hypothesize that, when ER are equal, different types of IRs can change both human and animal behaviour. While investigating preference for choice opportunities in a decision-making task, we observed that decisions can be mediated not only by the possibility of choosing freely but also by other task features such as image identity. This led us to the idea that the images presented may also possess an intrinsic value that can compete with other rewards. The aim of this thesis is therefore to examine the psychophysiology of intrinsic motivation centered on different preferences using 3 models performing a decision-making task: healthy humans (HH), PD patients on/off treatment, and non-human primates (NHP). First, we will ask whether HH score preferences for ER and IRs in a hierarchical fashion, while recording their oculomotor and facial movements. Using Deep Neural Networks to quantify these movements, we hypothesize that, in addition to explicit declaration of preferences, these psychophysiological markers will reliably indicate preference. Second, we will repeat this experiment with PD patients and investigate any differences with HH in the declared preferences, as well as in the modulation of the markers, both on and off treatment. Third, in the context of a current project recording DA neural activity in NHP interacting with ER and IRs, we will analyze facial and ocular movements of the animals. We will ask whether the modulation of these psychophysiology markers is linked with NHP reward preferences and neural modulation of the midbrain DA neurons. Altogether, this project could deepen our understanding of motivational mechanisms by focusing on the interactions between different value coding, emotional response, and facial motor expression.