Thèse Année : 2024

Behavioral and neural principles governing the coordination between decision-making and action in humans and non-human primates

Principes comportementaux et neuronaux régissant la coordination entre la prise de décision et l’action chez l’humain et le primate non-humain

Résumé

On a daily basis, individuals are called upon to make multiple decisions and act accordingly. These are essential functions that allow us to interact continuously with the environment around us. Although decision and action have long been considered as serial and independent processes, it is now recognized that they are closely linked during goal-directed behaviors and must be studied in an integrated manner. Despite this observation, the principles governing their interactions and the neural bases underlying them are still poorly understood. Indeed, current knowledge comes from numerous research laboratories, each using various experimental paradigms and a wide variety of behavioral tasks applied to different study models. The objective of this thesis is to propose a description of the behavioral and neuronal principles governing the coordination between decision-making and action, taking into account these issues and testing their generalization. To do this, we adopted a comparative approach by studying two primate species (the macaque monkey and the healthy human) performing the same decision-making tasks between actions and we also studied two distinct decisional contexts (perceptual vs. value-based). We tried to understand how individuals determine (and coordinate) their decision durations and the vigor of their action that expresses them. We also performed single-unit electrophysiological recordings in different regions of the sensorimotor cortex - basal ganglia network, including the dorsal premotor cortex, the dorsal striatum and the external and internal globus pallidus, thus allowing us to describe their contribution in the implementation of these principles in the macaque monkey and thus be able to infer the neuronal principles in healthy humans. The results show two different decision-action coordination mechanisms, namely co regulation, where the two processes are controlled in the same direction, and compensation, characterized by opposite adjustments of the processes. We examined these mechanisms at different scales, including at the trial level, blocks of trials, as well as between sessions in monkeys and between individuals in humans. The choice of different coordination modes seems to respond to principles of economic optimization of behavior, and in particular the desire of individuals to limit the temporal devaluation of reward. Finally, we showed that the sensorimotor cortex - basal ganglia loop plays a key role in the coordination of decision and action by combining and processing important parameters, including reward contingencies and motor costs.
Au quotidien, les individus sont amenés à prendre de multiples décisions et à agir en conséquence. Il s'agit de fonctions essentielles permettant d'interagir de manière continue avec l'environnement qui nous entoure. Bien que la décision et l'action aient longtemps été considérées comme des processus sériels et indépendants, il est maintenant reconnu qu'elles sont étroitement liées lors de comportements dirigés vers un but et qu’elles doivent être étudiées de manière intégrée. Malgré ce constat, les principes régissant leurs interactions et les bases neuronales qui les sous-tendent restent encore mal compris. En effet, les connaissances actuelles sont issues de nombreux laboratoires de recherche, chacun utilisant divers paradigmes expérimentaux et une grande variété de tâches comportementales appliquées à différents modèles d'étude. L’objectif de cette thèse est de proposer une description des principes comportementaux et neuronaux régissant la coordination entre la prise de décision et l'action en tenant compte de ces problématiques et de tester leur généralisation. Pour ce faire, nous avons adopté une approche comparative en étudiant deux espèces de primates (le singe macaque et l'humain sain) réalisant les mêmes tâches de prise de décision entre actions et nous avons également étudié deux contextes décisionnels distincts (perceptuel versus basé sur la valeur). Nous avons essayé de comprendre comment les individus déterminent (et coordonnent) leurs durées de décision et la vigueur de leur action qui les expriment. Nous avons également effectué des enregistrements électrophysiologiques unitaires dans différentes régions du réseau cortex sensorimoteur - ganglions de la base, notamment le cortex prémoteur dorsal, le striatum dorsal et le globus pallidus externe et interne, nous permettant ainsi de décrire leur contribution dans l'implémentation de ces principes chez le singe macaque et ainsi pouvoir inférer les principes neuronaux chez l’humain sain. Les résultats montrent deux différents mécanismes de coordination décision - action que sont la co-régulation, où les deux processus sont contrôlés dans le même sens, et la compensation, caractérisée par des ajustements opposés des processus. Nous avons examiné ces mécanismes à différentes échelles, notamment à l'échelle des essais, des blocs d’essais, ainsi qu'entre les sessions chez les singes et entre les individus chez les humains. Le choix des différents modes de coordination semble répondre à des principes d'optimisation économique du comportement, et notamment la volonté des individus de limiter la dévaluation temporelle de la récompense. Enfin, nous avons montré que la boucle cortex sensorimoteur - ganglions de la base joue un rôle clé dans la coordination de la décision et de l’action en combinant et en traitant des paramètres importants, notamment les contingences de récompense et les coûts moteurs.
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Citer

Clara Saleri. Principes comportementaux et neuronaux régissant la coordination entre la prise de décision et l’action chez l’humain et le primate non-humain. Neurosciences. Université Claude Bernard Lyon 1, 2024. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-04928720⟩
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