Des neuroscientifiques du Cedars-Sinai ont découvert les mécanismes à l’origine du contrôle des performances, qui permet aux gens de tirer des leçons de leurs succès et de leurs échecs.
Les chercheurs ont découvert comment les signaux d’un groupe de neurones dans le lobe frontal du cerveau donnent simultanément aux humains la flexibilité d’apprendre de nouvelles tâches et la concentration nécessaire pour développer des compétences très spécifiques. Leurs résultats apportent une compréhension fondamentale du contrôle des performances, une fonction exécutive utilisée pour gérer la vie quotidienne. L’étude a été publiée le 6 mai 2022 dans la revue évaluée par des pairs. Science et a été menée par des chercheurs du Center for Neural Science and Medicine et du département de neurochirurgie du Cedars-Sinai.
La principale conclusion de l’étude est que le cerveau utilise le même ensemble de neurones pour le retour d’information sur les performances dans de nombreuses situations différentes, qu’il s’agisse d’une personne qui tente une nouvelle activité pour la première fois ou qui travaille à perfectionner une compétence spécifique.
“Une partie de la magie du cerveau humain réside dans sa grande flexibilité”, a déclaré Ueli Rutishauser, professeur de neurochirurgie, de neurologie et de sciences biomédicales, directeur du Center for Neural Science and Medicine, titulaire de la chaire du Conseil des gouverneurs en neurosciences et auteur principal de l’étude. “Nous avons conçu notre étude pour déchiffrer la manière dont le cerveau peut généraliser l’information. et se spécialiser en même temps, deux éléments essentiels pour nous aider à poursuivre un objectif.”
Le contrôle des performances est un signal interne, une sorte de rétroaction autogénérée, qui permet à une personne de savoir qu’elle a commis une erreur. Un exemple est la personne qui se rend compte qu’elle a dépassé une intersection où elle aurait dû tourner. Un autre exemple est celui de la personne qui dit quelque chose dans une conversation et qui reconnaît dès que les mots sont sortis de sa bouche que ce qu’elle vient de dire était inapproprié.
Ce moment “Oh, mince”, ce moment “Oups !”, c’est le contrôle de la performance qui entre en jeu”, a déclaré Zhongzheng Fu, PhD, chercheur postdoctoral au laboratoire Rutishauser de Cedars-Sinai et premier auteur de l’étude.
Ces signaux aident à améliorer les performances lors des prochaines tentatives en transmettant des informations aux zones du cerveau qui régulent les émotions, la mémoire, la planification et la résolution de problèmes. Le suivi des performances aide également le cerveau à ajuster son attention en signalant le degré de conflit ou de difficulté rencontré au cours de la tâche.
Ainsi, un moment “Oups !” peut inciter quelqu’un à faire plus attention la prochaine fois qu’il discute avec un ami ou qu’il prévoit de s’arrêter au magasin en rentrant du travail”, a déclaré Fu.
Pour voir le contrôle des performances en action, les chercheurs ont enregistré l’activité de neurones individuels dans le cortex frontal médian des participants à l’étude. Les participants étaient des patients épileptiques à qui l’on avait implanté des électrodes dans le cerveau dans le cadre de leur traitement, afin de les aider à localiser le foyer de leurs crises. Plus précisément, ces patients avaient des électrodes implantées dans le cortex frontal médian, une région du cerveau connue pour jouer un rôle central dans le contrôle des performances.
L’équipe a demandé aux participants de réaliser deux tests cognitifs couramment utilisés.
Dans la tâche de Stroop, qui oppose la lecture à la désignation des couleurs, les participants ont vu le nom écrit d’une couleur, comme “rouge”, imprimé à l’encre d’une couleur différente, comme le vert, et ont été invités à désigner la couleur de l’encre plutôt que le mot écrit.
“Cela crée un conflit dans le cerveau”, a déclaré Rutishauser. “Vous avez des décennies d’entraînement à la lecture, mais maintenant votre objectif est de supprimer cette habitude de lecture et de dire la couleur de l’encre dans laquelle le mot est écrit à la place.”
Dans l’autre tâche, la Multi-Source Interference Task (MSIT), qui consiste à reconnaître des chiffres, les participants voyaient trois chiffres à l’écran, deux identiques et l’autre unique – par exemple, 1-2-2. La tâche du sujet était d’appuyer sur le bouton associé au chiffre unique – dans ce cas, “1” – en résistant à leur tendance à appuyer sur “2” parce que ce chiffre apparaît deux fois.
“Ces deux tâches constituent un test solide de la façon dont l’auto-surveillance est engagée dans différents scénarios impliquant différents domaines cognitifs”, a déclaré Fu.
Une réponse structurée
Pendant que les sujets effectuaient ces tâches, les chercheurs ont remarqué que deux types de neurones différents étaient à l’œuvre. Les neurones “d’erreur” se déclenchaient fortement après une erreur, tandis que les neurones “de conflit” se déclenchaient en réponse à la difficulté de la tâche que le sujet venait d’effectuer.
“Lorsque nous avons observé l’activité des neurones dans cette zone du cerveau, nous avons été surpris de constater que la plupart d’entre eux ne s’activent qu’après une décision…ou qu’une action a été accomplie. Cela indique que cette zone du cerveau joue un rôle dans l’évaluation des décisions après coup, plutôt que de les prendre.”
Il existe deux types de contrôle des performances : le contrôle général du domaine et le contrôle spécifique du domaine. Le contrôle de la performance générale du domaine nous dit quelque chose a mal tourné et peut détecter les erreurs dans tout type de tâche, qu’il s’agisse de conduire une voiture, de s’orienter dans une situation sociale ou de jouer à Wordle pour la première fois. Cela leur permet d’effectuer de nouvelles tâches avec peu d’instructions, ce que les machines ne peuvent pas faire.
“Les machines peuvent être entraînées à faire une seule chose très bien”, a déclaré Fu. “Vous pouvez construire un robot pour retourner des hamburgers, mais il ne peut pas adapter ces compétences à la friture de boulettes. Les humains, grâce au contrôle général des performances du domaine, le peuvent.”
Le contrôle de performance spécifique à un domaine indique à la personne qui a commis l’erreur… quoi a mal tourné, en détectant des erreurs spécifiques – qu’elle a manqué un tour, dit quelque chose d’inapproprié ou choisi la mauvaise lettre dans un puzzle. C’est l’une des façons dont les gens perfectionnent leurs compétences individuelles.
De façon surprenante, les neurones signalant des informations générales et spécifiques à un domaine étaient mélangés dans le cortex frontal médian.
“Nous avions l’habitude de penser qu’il y avait des parties du cerveau dédiées uniquement au contrôle des performances générales du domaine et d’autres au domaine spécifique”, a déclaré Rutishauser. “Notre étude montre maintenant que ce n’est pas le cas. Nous avons appris que le même groupe de neurones peut surveiller à la fois les performances générales et spécifiques à un domaine. Lorsque vous écoutez ces neurones, vous pouvez lire les deux types d’informations simultanément.”
Pour comprendre comment ces signaux sont interprétés par d’autres zones du cerveau, il est utile de considérer les neurones comme les musiciens d’un orchestre, a déclaré Rutishauser.
“S’ils jouent tous au hasard, les auditeurs – dans ce cas, les régions du cerveau qui reçoivent les signaux – entendent simplement un ensemble confus de notes”, a déclaré Rutishauser. “Mais s’ils jouent une composition arrangée, il est possible d’entendre clairement les différentes mélodies et harmonies, même avec autant d’instruments – ou de neurones de contrôle des performances – jouant tous en même temps.”
Cependant, trop ou trop peu de cette signalisation peut causer des problèmes, a déclaré Rutishauser.
La suractivité du contrôle de la performance peut se manifester par un trouble obsessionnel-compulsif, qui pousse une personne à vérifier de façon obsessionnelle des erreurs qui n’existent pas. À l’autre extrême, on trouve la schizophrénie, où la surveillance de la performance peut être sous-active au point que la personne ne perçoit pas les erreurs ou le caractère inapproprié de ses paroles ou de ses actions.
“Nous pensons que les connaissances mécanistes que nous avons acquises seront essentielles pour perfectionner les traitements de ces troubles psychiatriques dévastateurs”, a déclaré M. Rutishauser.
Référence : “The geometry of domain-general performance monitoring in the human medial frontal cortex” par Zhongzheng Fu, Danielle Beam, Jeffrey M. Chung, Chrystal M. Reed, Adam N. Mamelak, Ralph Adolphs et Ueli Rutishauser, 6 mai 2022, Science.
DOI : 10.1126/science.abm9922
L’équipe de recherche comprenait également Jeffrey Chung, MD, directeur du programme d’épilepsie du Cedars-Sinai, Chrystal Reed, MD, PhD, professeur adjoint de neurologie, Adam Mamelak, MD, professeur de neurochirurgie et directeur du programme de neurochirurgie fonctionnelle, Ralph Adolphs, PhD, professeur de psychologie, de neuroscience et de biologie à l’Institut de technologie de Californie, et Danielle Beam, associée de recherche.
L’étude a été soutenue par la subvention U01NS117839 de l’initiative BRAIN, les subventions R01MH110831 et P50MH094258 de l’Institut national de la santé mentale, et la subvention BCS-1554105 de la Fondation nationale des sciences.
