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Modélisation de la modulation des oscillations β par l'exploration et l'exploitation dans la boucle rétroactive de prise de décision entre le cortex, les ganglions de la base et le thalamus

Year: 2025
Type: dissertation
Abstract: Dans les cerveaux des mammifères, la boucle rétroactive entre le cortex, les ganglions de la base et le thalamus est impliquée dans la prise de décision et l'apprentissage. Le cortex cérébral est associé à des fonctions cognitives telles que le maintien de la mémoire de travail et le comportement orienté vers un but. Les ganglions de la base sont associés à la sélection d'actions et à l'apprentissage par renforcement (RL), et le thalamus au traitement des informations sensori-motrices et à la transmission des rétroactions vers les régions corticales. Cette boucle cérébrale est particulièrement impliquée dans l'émergence et la préservation des rythmes cérébraux, en particulier les oscillations β. Les oscillations β sont fortement liées à des processus cognitifs tels que le langage, le traitement de la récompense et le contrôle cognitif. Elles sont corrélées à des signaux rétroactifs endogènes descendant des régions associatives corticales vers les zones inférieures de la hiérarchie corticale. Des brèves salves d'activité β (12-35 Hz), durant typiquement moins de 200 ms, ont été associées à plusieurs processus cognitifs tels que la mémoire de travail et la prise de décision, et peuvent être modulées par la charge cognitive d'une tâche. Elles pourraient refléter des dynamiques temporaires de processus délibératifs soutenant la prise de décision endogène. Cependant, les origines de l'activité β et les mécanismes permettant sa modulation restent mal compris. De plus, l'effet des processus de plasticité synaptique sur l'activité β demeure obscur. Des données expérimentales chez le macaque montrent des corrélations entre les paramètres des bouffées β mesurées (comme le taux d'apparition et la puissance) et ceux gouvernant la tâche de prise de décision (comme la difficulté des essais et la fatigue du sujet). Plus précisément, lors de la tâche cognitive Exploration/Exploitation (E/E), qui implique à la fois une phase d'exploration (exploration proactive d'actions inconnues) et une phase d'exploitation (répétition de l'action connue la plus récompensante), les caractéristiques des bouffées β enregistrées dans le cortex préfrontal des primates sont fortement modulées par la phase de la tâche, en particulier le taux d'apparition des salves. Cette modulation selon la phase E/E pourrait résulter à la fois de rétroactions intracorticales et baso-corticales, impliquant l'ensemble de la boucle de rétroaction. Afin de mieux comprendre les dynamiques rythmiques de ces modules cérébraux, j'ai construit un modèle computationnel à l'échelle des neurones individuels biologiquement contraint de la boucle entre le cortex, les ganglions de la base et le thalamus. Le modèle respecte plusieurs contraintes biologiques, affichant une activité asynchrone irrégulière dans le cortex et une capacité de sélection d'action dans les ganglions de la base. Je simule dans le modèle les différents états cognitifs rencontrés par les primates lors de la tâche E/E, et détecte les événements de salves β de façon similaire avec les protocoles expérimentaux. Je montre que la modulation de l'activité β selon les différentes phases de la tâche peut s'expliquer par une combinaison de modifications des entrées corticales liées à la mémoire de travail (reflétant le nombre de cibles restantes dans la tâche E/E) et par la modulation des poids synaptiques dus à l'apprentissage par renforcement au niveau cortico-striatal. Je montre également l'implication de la boucle rétroactive complète dans ces modulations de salves β, car la déconnexion des projections corticales vers les ganglions de la base, ou des ganglions de la base vers le thalamus, empêche ces modulations. Cependant, cela semble dépendre de l'entrée thalamique vers le cortex, car la déconnexion du réseau thalamo-cortical préserve la modulation des bouffées.
Author: Barthelemy, Jeanne
Language: English
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7106478853
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