Le rôle computationnel du noyau sub-thalamique dans la prise de décision

Par Mickaël J. Frank

But de l’article

Exposer un nouveau modèle portant sur les processus de prise de décision et de renforcement de l’apprentissage.

Ou plus exactement amélioration d’un modèle préexistant en lui incorporant le noyau subthalamique.

introduction

Grâce à des simulations de réseaux de neurones, le modèle explique les déficits de la sélection des réponses associés à la diminution de dopamine dans les ganglions de la base (GGB) dans la maladie de Parkinson.

Le modèle saisie fidèlement la dynamique de l’activité dans les différentes aires de GGB pendant la sélection de réponses.

Le modèle explique les effets utiles des lésions du STN dans les oscillations des structures, mais suggère que cet avantage peut venir du prix de la diminution de prise de décisions.

ANCIEN MODELE

2 voies indépendantes permettent la sélection de la réponse la plus appropriée

La voie direct « Go » qui facilite l'exécution d'une seule réponse.Striatum->Gpi->thalamus->cortex

La voie « NoGo » qui empêche l'exécution de toutes les autres .Striatum->Gpe->Gpi->thalamus->cortex

Ancien modèle de réponse

Striatum

Go No Go

GPi GPe

- -

+ = excitation- = inhibition

-

Thalamus

Réponse motrice corticale

désinhibe

+

Libère l’inhibition tonique du GPi

-

-

-

Le rôle de la dopamine

La dopamine excite les récepteurs D1 de la voie directe/Go et inhibent les récepteurs D2 de la voie indirecte/No Go.

Face à une réponse positive, l’apprentissage se fait dans la voie directe/Go.

Diminution de DA après une réponse incorrecte. Les neurones No Go et Go sont inhibés par la DA ce qui conduit à un apprentissage No Go donc plus lent.

- = inhibition

+ = excitation

Anciens modèles de réponse

Problème: quand il y a des lésions du noyau sous-thalamique, les tremblements des PD diminuent mais il y a des déficits cognitifs. Hors avec les modèles traditionnels, il est difficile de comprendre comment le STN participe à la sélection de réponse et à la prise de décision.

Maladie de Parkinson-GGB-Dopamine

Mort des Cellules dopaminergiques du cerveau moyen qui se projettent sur les GGB.

Symptômes moteurs comme tremblements, rigidité et lenteur des mouvements.

Déficits cognitifs: apprentissage procédural pour la mémoire de travail, la prise de décision et l’attention.

Le Noyau sub-thalamique (STN)

Le STN

Le noyau sub-thalamique permet l’inhibition des réponses non optimales.

Il prévient ainsi les réponses impulsives et prématurées durant les épreuves de décision de haut conflit.

Le STN

Le STN participe beaucoup au contrôle moteur et aux processus cognitifs.

Le modèle computationnel explore la contribution du STN dans le cadre de renforcement de l’apprentissage et de la prise de décision à travers 4 réponses en compétition.

Le STN dans la maladie de Parkinson

Des stimulations profondes du cerveau dans le STN améliorent les symptômes moteurs de la PD qui entraînent à la fois un accroissement et des affaiblissements dans la cognition.

But du nouveau modèle

Comprendre comment les aires en interaction dans le système GB-aires frontales apprennent à sélectionner des réponses adaptées et participent à la prise de décision cognitive, par le biais de simulations computationnelles antérieures.

Nous allons vous présenter un modèle de réseau neuronal qui explore l’unique contribution du STN dans l’ensemble du circuit des GB.

NOUVEAU MODELE COMPUTATIONNEL

Changements

Incorporation du STN Voie « hyper direct »

cortex->STN->Gpi Voie « NoGo global »

Cortex->STN->Gpe

Conclusion

Le STN a donc un rôle majeur dans la prise de décision et le renforcement de l’apprentissage.

Son action est modulée par des neurotransmetteurs tels que la dopamine.

Cependant un futur travail computationnel nous aidera à mieux comprendre à la fois les effets thérapeutiques et détériorant de stimulations du STN, sur les processus moteurs et cognitifs, dans la maladie de Parkinson et les désordres associés.