Comment prenons-nous des décisions complexes ?

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Lorsque nous prenons une décision complexe, nous divisons souvent le problème en une série de décisions plus petites. Par exemple, lorsqu’il décide de traiter un patient, le médecin peut suivre une hiérarchie d’étapes: choisir un test de diagnostic, interpréter les résultats et ensuite prescrire un médicament.

Comment le cerveau fonctionne lors d’échecs probables

Prendre des décisions hiérarchiques est simple lorsque la séquence de choix conduit au résultat souhaité. Mais lorsque le résultat est défavorable, il peut être difficile de déchiffrer ce qui ne va pas. Par exemple, si un patient ne s’améliore pas après le traitement, il existe de nombreuses raisons pour lesquelles le test de diagnostic n’est précis que 75% du temps, ou le médicament ne fonctionne que pour 50% des patients. Pour décider ce qu’il faut faire ensuite, le médecin doit prendre en compte ces probabilités.

Dans une nouvelle étude, des neuroscientifiques du MIT ont exploré la façon dont le cerveau fonctionne lors d’échecs probables après une hiérarchie de décisions. Ils ont découvert que le cerveau effectuait deux calculs en utilisant un réseau distribué de zones dans le cortex frontal. Premièrement, le cerveau calcule la confiance quant à l’issue de chaque décision pour déterminer la cause la plus probable d’un échec, et deuxièmement, lorsqu’il n’est pas facile de discerner la cause, le cerveau fait des tentatives supplémentaires pour gagner plus de confiance.

«Créer une hiérarchie dans l’esprit et naviguer dans cette hiérarchie tout en raisonnant sur les résultats est l’une des frontières passionnantes des neurosciences cognitives», a déclaré Mehrdad Jazayeri, professeur de développement de carrière en sciences de la vie chez Robert A. Swanson, membre du McGovern Institute for Brain du MIT. Recherche, et l’auteur principal de l’étude, qui a été publiée dans Science.

Des études antérieures sur la prise de décision dans des modèles animaux se sont concentrées sur des tâches relativement simples. Un axe de recherche a porté sur la façon dont le cerveau prenait des décisions rapides en évaluant des preuves momentanées. Par exemple, de nombreux travaux ont caractérisé les substrats neuronaux et les mécanismes permettant aux animaux de catégoriser les stimuli moins fiables – essai par essai. D’autres recherches ont porté sur la manière dont le cerveau choisissait parmi plusieurs options en s’appuyant sur les résultats antérieurs obtenus dans le cadre de plusieurs autres essais.

«Ces travaux ont été très fructueux», déclare Jazayeri. «Cependant, ils sont vraiment la partie émergée de l’iceberg de ce que les humains font lorsqu’ils prennent des décisions. Dès que vous vous mettez dans une situation de prise de décision réelle, que ce soit choisir un partenaire, choisir une voiture, décider de prendre ce médicament ou non, ces décisions deviennent vraiment compliquées. Souvent, de nombreux facteurs influencent la décision, et ces facteurs peuvent fonctionner à différentes échelles de temps. »

Une tâche comportementale pour étudier comment le cerveau traite les informations

Pour mieux comprendre cette complexité, une équipe du MIT a conçu une tâche comportementale qui leur a permis d’étudier comment le cerveau traite les informations à plusieurs moments pour prendre des décisions. La conception de base était que les animaux effectuaient l’un des deux mouvements des yeux selon que l’intervalle de temps entre deux éclairs de lumière était plus court ou plus long que 850 millisecondes.

Une anomalie obligeait les animaux à résoudre le problème par un raisonnement hiérarchique: la règle qui déterminait lequel des deux mouvements des yeux devait être effectué basculait secrètement après 10 à 28 essais. Par conséquent, pour recevoir une récompense, les animaux devaient choisir la bonne règle, puis faire le mouvement correct des yeux en fonction de la règle et de l’intervalle. Cependant, les animaux n’ayant pas reçu d’instructions sur les changements des règles, ne pouvaient pas déterminer directement si une erreur avait été provoquée parce qu’ils avaient choisi la mauvaise règle ou parce qu’ils avaient mal évalué l’intervalle.

Les chercheurs ont utilisé cette conception expérimentale pour explorer les mécanismes neuronaux qui soutiennent le raisonnement hiérarchique. Des expériences théoriques et comportementales menées chez l’homme suggèrent que le raisonnement sur les causes potentielles d’erreurs dépend en grande partie de la capacité du cerveau à mesurer le degré de confiance à chaque étape du processus. «L’une des choses jugées essentielles pour le raisonnement hiérarchique consiste à avoir un certain niveau de confiance quant à la probabilité que différents nœuds [d’une hiérarchie] aient pu aboutir à un résultat négatif», explique Jazayeri.

Les chercheurs ont pu étudier l’effet de la confiance en ajustant la difficulté de la tâche. Dans certains essais, l’intervalle entre les deux éclairs était beaucoup plus court ou plus long que 850 millisecondes. Ces essais étaient relativement faciles et conféraient un degré de confiance élevé. Dans d’autres essais, les animaux avaient moins confiance en leurs jugements, car l’intervalle était plus proche de la limite et difficile à distinguer.

Le comportement des animaux était influencé par leur confiance en leurs performances

Comme ils l’avaient supposé, les chercheurs ont découvert que le comportement des animaux était influencé par leur confiance en leurs performances. Lorsque l’intervalle était facile à juger, les animaux ont été beaucoup plus rapides à passer à l’autre règle lorsqu’ils ont découvert qu’ils avaient tort. Lorsque l’intervalle était plus difficile à évaluer, les animaux avaient moins confiance en leurs performances et appliquaient la même règle plusieurs fois avant de changer de main.

En enregistrant l’activité neuronale dans le cortex frontal juste après la fin de chaque essai, les chercheurs ont été en mesure d’identifier deux régions essentielles à la prise de décision hiérarchique. Ils ont constaté que ces deux régions, connues sous le nom de cortex cingulaire antérieur (ACC) et de cortex frontal dorsomédial (DMFC), sont devenues actives après que les animaux eurent été informés d’une réponse incorrecte.

Les chercheurs ont également constaté que, même si ces zones présentaient des schémas d’activité similaires, c’était surtout l’activité de l’ACC qui était prédite quand l’animal changerait de règle, ce qui suggère que l’ACC joue un rôle central dans les stratégies de décision. En effet, les chercheurs ont constaté que la manipulation directe de l’activité neuronale dans l’ACC était suffisante pour interférer avec le comportement rationnel des animaux.

Deux zones du cerveau sont organisées de manière hiérarchique

« Il existe un circuit distribué dans le cortex frontal impliquant ces deux zones, et elles semblent être organisées de manière hiérarchique, exactement comme le demande une tâche complexe », explique Jazayeri.

«Les chercheurs du MIT ont mis au point une tâche de décision qui obligeait les animaux à évaluer plusieurs types de preuves et ont montré comment les deux régions distinctes du cortex frontal médial étaient impliquées de manière importante dans la gestion de différentes sources d’erreurs lors de la prise de décision», déclare Lee , qui n’a pas participé à cette recherche. «Cette étude représente un tour de force en matière de rigueur et de créativité et permet de lever un autre voile sur le mystère du cortex préfrontal

Source : MIT
Crédit photo sur Unsplash :  Albert Dera

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