Un cadre en boucle fermée sur la prise de décision et l’apprentissage dans les circuits préfrontaux des primates, par modélisation computationnelle et expérimentation virtuelle.

Abstract

Cette thèse propose de construire un cadre de travail de modélisation systémique, pour aider à la compréhension de l'organisation des systèmes associant le cortex préfrontal (PFC) et les ganglions de la base (BG) et de leurs interactions fonctionnelles dans les processus de prise de décision et de comportement dirigé par les buts chez les humains. Un environnement de jeu vidéo, Minecraft, est utilisé pour concevoir des expériences. Elles visent à tester le jeu vidéo dans un environnement qui pourrait être plus complexe et réaliste, si besoin. Ce cadre, avec l'expérimentation virtuelle, forme une architecture en boucle fermée pour l'étude de comportements animaux de haut niveau. Le cadre des systèmes neuronaux de ce travail repose sur la dynamique des réseaux entre des sous-systèmes du PFC et des BG. Le PFC joue un rôle crucial dans les fonctions exécutives comme la planification, l'attention, le comportement dirigé par les buts, etc. Les BG sont un groupe de noyaux sous-corticaux qui ont fait l'objet d'études approfondies dans le domaine du contrôle moteur et de la sélection de l'action. Différentes régions dans le PFC et les structures au sein des BG sont organisées anatomiquement, en boucles parallèles et séparées (chacune d'entre elles étant appelée une boucle CBG). Ces boucles peuvent être, à un niveau abstrait, divisées en 3 types : les boucles limbiques, les boucles associatives et les boucles sensorimotrices. Tout d'abord, un cadre global avec ces boucles parallèles a été mis en oeuvre. L'accent est mis sur les boucles limbiques. Les boucles associatives et sensori-motrices sont modélisées de manière algorithmique, à l'aide de la plate-forme d'expérimentation pour le contrôle moteur. Pour ce qui concerne les boucles limbiques, le cortex orbitofrontal (OFC) représente une boucle pour estimer les préférences et la boucle du cortex cingulaire antérieur (ACC) représente les besoins internes. Le substrat correspondant de ces boucles dans les BG est le striatum ventral (VS), beaucoup étudié pour son rôle dans le codage des valeurs. Des scénarios simples sont conçus dans l'environnement virtuel en utilisant l'agent, certains objets et des récompenses appétitives dans l'environnement. Les boucles limbiques ont été implémentées selon des modèles existants de prise de décision dans les BG. Ainsi, le cadre théorique et la plateforme expérimentale servent de banc d'essai pour ces modèles spécifiques qui doivent s'adapter dans une perspective plus large. Ensuite, nous utilisons ce cadre pour étudier de plus près le rôle de l’OFC dans la prise de décision guidée par la valeur et le comportement dirigé par les buts. Dans le cadre de cette thèse, des observations importantes sur le rôle de l’OFC dans le comportement ont été intégrées en consolidant de nombreuses données expérimentales. [...]