Des circuits dédiés évaluent l’incertitude dans le cerveau, l’empêchant d’utiliser des informations peu fiables pour prendre des décisions.
Lorsque nous interagissons avec le monde, nous recevons constamment des informations peu fiables ou incomplètes – des voix brouillées dans une pièce bondée à des étrangers soucieux aux motivations inconnues. Heureusement, notre cerveau est bien équipé pour évaluer la qualité des preuves que nous utilisons pour prendre des décisions, ce qui nous permet généralement d’agir délibérément, sans sauter aux conclusions.
Maintenant, les neuroscientifiques de AVECL’Institut McGovern de recherche sur le cerveau de s’est concentré sur des circuits cérébraux clés qui aident à guider la prise de décision dans des conditions d’incertitude. En étudiant comment les souris interprètent les signaux sensoriels ambigus, elles ont découvert des neurones qui empêchent le cerveau d’utiliser des informations non fiables.
Les résultats, publiés le 6 octobre 2021, dans la revue La nature, pourrait aider les chercheurs à développer des traitements pour la schizophrénie et les affections apparentées, dont les symptômes peuvent être dus au moins en partie à l’incapacité des personnes concernées à évaluer efficacement l’incertitude.
Le thalamus médiodorsal forme un carrefour de connexions qui intègrent les signaux des aires corticales préfrontales et aide à coordonner leur activité pour générer des décisions optimales. Crédit : Arghya Mukherjee
Décoder l’ambiguïté
“Une grande partie de la cognition consiste vraiment à gérer différents types d’incertitude”, explique Michael Halassa, professeur agrégé de sciences du cerveau et cognitives au MIT, expliquant que nous devons tous utiliser des informations ambiguës pour faire des déductions sur ce qui se passe dans le monde. Une partie de la gestion de cette ambiguïté implique de reconnaître à quel point nous pouvons être confiants dans nos conclusions. Et lorsque ce processus échoue, il peut considérablement fausser notre interprétation du monde qui nous entoure.
« Dans mon esprit, les troubles du spectre de la schizophrénie sont en réalité des troubles consistant à déduire de manière appropriée les causes des événements dans le monde et ce que pensent les autres », explique Halassa, psychiatre en exercice. Les patients atteints de ces troubles développent souvent de fortes croyances basées sur des événements ou des signaux que la plupart des gens rejetteraient comme dénués de sens ou non pertinents, dit-il. Ils peuvent supposer que des messages cachés sont intégrés dans un enregistrement audio brouillé ou craindre que des inconnus riant complotent contre eux. De telles choses ne sont pas impossibles, mais les délires surviennent lorsque les patients ne parviennent pas à reconnaître qu’ils sont hautement improbables.
Les auteurs de l’étude comprennent (de gauche à droite) Michael Halassa, Arghya Mukherjee, Norman Lam et Ralf Wimmer. Crédit : Photo avec l’aimable autorisation de Michael Halassa
Halassa et le postdoctorant Arghya Mukherjee voulaient savoir comment les cerveaux sains gèrent l’incertitude, et des recherches récentes d’autres laboratoires ont fourni quelques indices. L’imagerie cérébrale fonctionnelle a montré que lorsqu’on demande aux gens d’étudier une scène mais qu’ils ne savent pas à quoi prêter attention, une partie du cerveau appelée thalamus médiodorsal devient active. Moins les gens sont guidés pour cette tâche, plus le thalamus médiodorsal travaille dur.
Le thalamus est une sorte de carrefour dans le cerveau, constitué de cellules qui relient des régions cérébrales éloignées les unes aux autres. Sa région médiodorsale envoie des signaux au cortex préfrontal, où les informations sensorielles sont intégrées à nos objectifs, nos désirs et nos connaissances pour guider le comportement. Des travaux antérieurs dans le laboratoire Halassa ont montré que le thalamus médiodorsal aide le cortex préfrontal à s’adapter aux bons signaux lors de la prise de décision, en ajustant la signalisation au besoin lorsque les circonstances changent. Curieusement, cette région du cerveau s’est avérée moins active chez les personnes atteintes de schizophrénie que chez les autres.
En collaboration avec le postdoctorant Norman Lam et le chercheur scientifique Ralf Wimmer, Halassa et Mukherjee ont conçu un ensemble d’expérimentations animales pour examiner le rôle du thalamus médiodorsal dans la gestion de l’incertitude. Les souris ont été entraînées à répondre aux signaux sensoriels en fonction d’indices audio qui les ont alertés s’il fallait se concentrer sur la lumière ou le son. Lorsque les animaux recevaient des signaux contradictoires, c’était à eux de déterminer lequel était le plus représenté et d’agir en conséquence. Les expérimentateurs ont fait varier l’incertitude de cette tâche en manipulant les nombres et le rapport des indices.
Répartition du travail
En manipulant et en enregistrant l’activité dans le cerveau des animaux, les chercheurs ont découvert que le cortex préfrontal était impliqué chaque fois que les souris accomplissaient cette tâche, mais le thalamus médiodorsal n’était nécessaire que lorsque les animaux recevaient des signaux qui les laissaient incertains de leur comportement. Il y avait une simple division du travail dans le cerveau, dit Halassa. “Une zone se soucie du contenu du message – c’est le cortex préfrontal – et le thalamus semble se soucier de la certitude de l’entrée.”
Dans le thalamus médiodorsal, Halassa et Mukherjee ont trouvé un sous-ensemble de cellules qui étaient particulièrement actives lorsque les animaux étaient soumis à des signaux sonores contradictoires. Ces neurones, qui se connectent directement au cortex préfrontal, sont des neurones inhibiteurs, capables d’atténuer la signalisation en aval. Ainsi, lorsqu’ils tirent, dit Halassa, ils empêchent efficacement le cerveau d’agir sur des informations non fiables. Des cellules d’un type différent se sont concentrées sur l’incertitude qui survient lorsque la signalisation est clairsemée. « Il existe un circuit dédié pour intégrer les preuves à travers le temps afin d’extraire le sens de ce type d’évaluation », explique Mukherjee.
Alors que Halassa et Mukherjee enquêtent plus en profondeur sur ces circuits, une priorité sera de déterminer s’ils sont perturbés chez les personnes atteintes de schizophrénie. À cette fin, ils explorent maintenant les circuits dans des modèles animaux de la maladie. L’espoir, dit Mukherjee, est de cibler à terme les circuits dysfonctionnels chez les patients, en utilisant des méthodes d’administration de médicaments non invasives et ciblées actuellement en cours de développement. « Nous avons l’identité génétique de ces circuits. Nous savons qu’ils expriment des types spécifiques de récepteurs, nous pouvons donc trouver des médicaments qui ciblent ces récepteurs », dit-il. “Ensuite, vous pouvez spécifiquement libérer ces médicaments dans le thalamus médiodorsal pour moduler les circuits en tant que stratégie thérapeutique potentielle.”
Référence : « Circuits thalamiques pour le contrôle indépendant du signal et du bruit préfrontal » par Arghya Mukherjee, Norman H. Lam, Ralf D. Wimmer et Michael M. Halassa, 6 octobre 2021, La nature.
DOI : 10.1038 / s41586-021-04056-3
Ce travail a été financé par des subventions de l’Institut national de la santé mentale.
