Environnements «occupés»: le rôle du striatum dans la sélection visuelle
Les êtres humains sont constamment bombardés d’entrées sensorielles. Ils doivent hiérarchiser les stimuli externes, allouer des ressources de traitement limitées aux informations pertinentes sur le plan comportemental et prendre des décisions concernant les actions à entreprendre. Bien que les scientifiques sachent que certaines régions corticales sont essentielles à la représentation des informations visuelles, nous ignorons quelles zones du cerveau encodent les prédictions et comment ces prédictions influencent la sélection visuelle. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie (MSCA), le projet STRIAVISE, coordonné par l’Université de Birmingham, s’est penché sur ces questions ouvertes par le biais de la psychophysique, de l’imagerie cérébrale et de la modélisation.
L’hypothèse du striatum: prédiction, prise de décision et sélection visuelle
Le striatum, fortement interconnecté, est de loin la plus grande structure sous-corticale du cerveau des mammifères. Il est alimenté par les structures corticales sur lesquelles s’appuie l’attention visuelle, envoie des signaux de sortie aux structures sous-corticales nécessaires aux mouvements volontaires, et communique indirectement avec le cortex. D’importantes recherches ont mis en évidence le rôle du striatum dans la prédiction des résultats futurs et dans le mouvement et la récompense, notamment la prise de décision et les mouvements dirigés vers un but. Le striatum constitue donc un excellent substrat neuronal potentiel pour intégrer les prédictions et arbitrer l’attention visuelle.
Interactions cortico-striatales et sources d’information concurrentes
STRIAVISE s’est intéressé au rôle du striatum en présence de sources d’information concurrentes nécessitant des décisions relatives à l’allocation de l’attention. Pour répondre à cette question, Kelly Garner, boursière MSCA de STRIAVISE à l’Université du Queensland, a fait usage de données provenant d’une étude d’imagerie cérébrale à grande échelle et de la modélisation causale dynamique, une méthode qui a été utilisée avec succès pour estimer le couplage entre les régions du cerveau à partir de données d’imagerie cérébrale fonctionnelle. «Nous avons découvert que lorsque les gens devaient se préoccuper de sources d’information concurrentes, le striatum “accélérait” la fréquence de ses communications avec le cortex. En d’autres termes, le traitement multitâche exige que davantage d’informations soient transmises par le circuit dans un laps de temps donné», explique Kelly Garner.
Mécanismes neuronaux de la prédiction: certitude spatiale contre valeur incitative
Les informations qui se disputent l’attention visuelle du cerveau peuvent être hiérarchisées de deux manières: par la certitude spatiale des stimuli ou par leur valeur incitative. La première accorde une plus grande valeur aux stimuli visuels qui sont plus susceptibles d’apparaître à certains endroits. La seconde accorde une plus grande valeur aux stimuli associés à une récompense plus importante. Les scientifiques savent que le cerveau crée une carte spatiale de son environnement. Il était communément admis que l’attente et la récompense étaient encodées dans la même carte pour guider l’attention visuelle. «Nous avons démontré que les prédictions concernant l’espace sont encodées dans la carte et guident de manière préventive l’attention visuelle. Cependant, contre toute attente, nous avons découvert que les prédictions concernant la récompense semblent être encodées dans un signal de type regret – elles peuvent nous aider à réviser notre centre d’attention vers quelque chose de plus gratifiant lorsque notre premier choix ne nous convient pas», explique Kelly Garner. Ceci suggère que l’attente et la récompense agissent indépendamment pour guider la sélection visuelle et peuvent être encodées dans des substrats neuronaux différents. Les résultats de Kelly Garner ont également révélé que le cerveau normalise tous les différents signaux de motivation disponibles dans l’environnement afin de déterminer le biais à attribuer à chaque emplacement. Kelly Garner conclut: «STRIAVISE a élargi la façon dont nous envisageons les systèmes d’attention visuelle du cerveau. Nos données suggèrent que nous devons prendre en compte la manière dont le striatum dialogue avec le cortex dans des conditions difficiles telles que la hiérarchisation de plusieurs sources concurrentes d’informations visuelles.» L’attention soutenue de Kelly Garner à ce sujet promet de belles récompenses.
Mots‑clés
STRIAVISE, striatum, attention, prédiction, récompense, sélection visuelle, attente, valeur incitative, certitude spatiale, modélisation causale dynamique
