L'hippocampe joue un rôle primordial dans la perception de l'incertitude

L'hippocampe, une zone du cerveau essentielle à la mémoire et à l'apprentissage, code le degré d'incertitude lié à l'obtention ou non d'une récompense. Ce rôle primordial vient d'être mis en évidence par Giovanna Vanni-Mercier et ses collègues du Centre de neuroscience cognitive (CNRS / Université Lyon 1), en collaboration avec l'équipe médicale d'épileptologie de l'Hôpital Neurologique de Lyon. Publiés le 22 avril 2009 dans le Journal of Neuroscience, ces travaux apportent un éclairage nouveau sur la manière dont notre cerveau extrait et traite les relations observées dans notre environnement.

Présent chez tous les êtres vivants, le circuit dit de la récompense est un circuit nerveux qui "récompense" par une sensation de plaisir et de satisfaction l'exécution des fonctions essentielles à la survie (alimentation, reproduction, réponse aux agressions). Chez les mammifères et particulièrement les primates, il favorise non seulement les comportements associés aux besoins fondamentaux, mais également des comportements plus complexes comme l'apprentissage et la motivation. Il permet à la fois de détecter les stimuli associés à une récompense et de prédire leur occurrence sur la base de l'expérience passée. Des facultés qui facilitent la prise de décisions. Ce système de récompense est composé de neurones à dopamine situés dans les régions profondes du cerveau et de leurs connexions avec d'autres aires cérébrales.

Le rôle de l'hippocampe dans la mémorisation et l'apprentissage est connu depuis longtemps. Mais jamais son implication dans le traitement des propriétés statistiques de la récompense n'avait jusqu'à présent été étudiée. Pour cela, les chercheurs ont enregistré chez des patients épileptiques l'activité de leur hippocampe sain (1) tandis qu'ils apprenaient à estimer les probabilités de gains de différentes machines à sous virtuelles. Résultat, lorsque le troisième rouleau de la machine à sous s'est arrêté, révélant si l'essai avait été gagnant ou pas, l'hippocampe a émis un signal transitoire dont l'amplitude variait avec la probabilité d'obtention de la récompense monétaire. Le signal a une amplitude maximale lorsque l'incertitude d'obtenir une récompense avait elle aussi été maximale. C'est en quelque sorte un signal d'alerte qui permet au sujet d'augmenter sa vigilance et son attention.

L'hippocampe code donc par un signal transitoire, et a posteriori, la force du lien entre le stimulus (ici, la machine à sous) et l'événement qui lui est associé (ici, le gain). Elle se différencie des neurones dopaminergiques qui codent l'incertitude de cette association par un signal soutenu émis pendant l'attente de la récompense. A quoi peut bien servir ce signal ? Tout d'abord, il peut jouer un rôle complémentaire à celui des neurones dopaminergiques dans l'apprentissage associatif qui permet de relier un stimulus à un événement qui lui est associé (conséquence). Le signal d'incertitude émis par les neurones dopaminergiques faciliterait la motivation et l'exploration, tandis que celui de l'hippocampe pourrait diriger l'attention vers la conséquence de l'événement annoncé. Ce dernier permettrait ainsi, dans un processus de feed-back, la mise à jour de la force du lien entre stimulus et conséquence et dans un second temps, l'adoption d'un comportement approprié à la situation. Par ailleurs, ce codage peut être impliqué dans d'autres fonctions connues de l'hippocampe mais dont on ignorait le mécanisme, comme, par exemple, la classification des probabilités ou le raisonnement transitif (schématiquement, cela revient à déduire que si A>B, B>C, et C>D, alors B>D).

Ces travaux soulignent le rôle fondamental de l'hippocampe dans la prise de décision rationnelle dans un contexte d'incertitude. Ils apportent des éléments nouveaux pour mieux comprendre comment le cerveau extrait et traite les informations et interrelations observées dans de l'environnement.


Notes :

(1) Ces patients sont implantés avec des électrodes afin de définir les sites épileptogènes, en vue de leur traitement, ce qui a permis, avec leur accord, d'effectuer ces enregistrements avec une grande précision. Au préalable, les chercheurs ont vérifié que leur hippocampe fonctionnait normalement.

Références :

The hippocampus codes the uncertainty of cue-outcomes association: an intracranial electrophysiological study in humans. G. Vanni-Mercier, F. Mauguière, J. Isnard, J-C. Dreher. Journal of Neuroscience, 22 avril 2009.