La réponse du cerveau aux changements de l'environnement sensoriel

Publié par Isabelle le 02/05/2020 à 13:00
Source: CNRS INSB
Comment adaptons-nous notre comportement quand le monde autour de nous change ? En utilisant des expériences comportementales modifiant de façon fine la volatilité de l'environnement visuel, les scientifiques montrent dans un article publié dans PLoS Computational Biology que notre cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses...) répond aux changements de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques...) sensoriel de la même façon qu'un modèle mathématique (Un modèle mathématique est une traduction de la réalité pour pouvoir lui appliquer les outils, les techniques et les théories mathématiques, puis généralement, en sens inverse, la traduction des résultats...). Ces résultats indiquent que notre comportement s'adapte en combinant de façon optimale les informations explorées récemment et celles exploitées dans le passé (Le passé est d'abord un concept lié au temps : il est constitué de l'ensemble des configurations successives du monde et s'oppose au futur sur une...).

La situation (En géographie, la situation est un concept spatial permettant la localisation relative d'un espace par rapport à son environnement proche ou non. Il...) sanitaire actuelle montre à quel point (Graphie) notre environnement peut brutalement basculer d'un état à un autre, illustrant tragiquement la volatilité (En finance, la volatilité est une mesure de l'instabilité du cours d'un actif financier. Elle sert de paramètre de quantification du risque de rendement et de prix d'un actif...) à laquelle nous pouvons être confrontés. Pour comprendre cette notion de volatilité, prenons le cas d'un médecin (Un médecin est un professionnel de la santé titulaire d'un diplôme de docteur en médecine. Il est chargé de soigner les maladies, pathologies, et...) qui, parmi les patients qu'il reçoit, diagnostique d'habitude un cas de grippe (La grippe (ou influenza) est une maladie infectieuse fréquente et contagieuse causée par trois virus à ARN de la famille des Orthomyxoviridae (Myxovirus influenzae A, B et C), touchant les...) sur dix. Soudain, il reçoit 5 patients sur 10 qui sont testés positivement. S'agit-il d'une coïncidence malheureuse ou peut-on maintenant être sûr qu'il y ait un basculement (Le basculement, dans le domaine de l'astronautique, est l'inclinaison progressive d'un véhicule spatial autour d'un axe quelconque. Le basculement...) vers un épisode de grippe ? Les événements actuels prouvent qu'il est difficile de prendre une décision rationnelle en période d'incertitude, notamment savoir quand réagir.


La génération du mouvement d'une cible visuelle sur un écran est ici contrôlé par un biais de probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un évènement. En mathématiques, l'étude...) de la direction. Ce biais évolue lui-même au cours de l'expérience par des sauts abrupts. Ces bascules font changer de façon aléatoire le biais parmi les différents degrés de probabilité (par exemple de fortement plus probable à gauche à modérément probable à droite). À chaque essai, le biais permet alors de générer une réalisation, soit un mouvement à gauche (G) ou bien à droite (D). La cible se déplace dans des blocs de 50 essais (1 à 50) et ces réalisations sont les seules à être observées, l'évolution du biais et en particulier des bascules restant cachée à l'observateur.

Par rapport à la moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des membres de l'ensemble s'ils étaient tous identiques sans...) flottante qui est classiquement utilisée, on peut démontrer l'existence d'un modèle mathématique (Les mathématiques constituent un domaine de connaissances abstraites construites à l'aide de raisonnements logiques sur des concepts tels que...) comme une moyenne prédictive qui permet de mieux suivre la dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) du biais de probabilité. Grâce à ces expériences psychophysiques, on peut mettre en évidence que les observateurs suivent préférentiellement la moyenne prédictive, plutôt que la moyenne flottante, aussi bien dans des jugements explicites (pari prédictif) que, de façon plus surprenante, dans les mouvements d'anticipation (Au sens général du terme, une anticipation correspond à une phase où sont développées des idées qui n’apparaîtront effectives — sous la forme de techniques, de régimes...) des yeux qui sont effectués sans que les observateurs en ait conscience.

© 2020 Pasturel et al.

Cependant, des solutions mathématiques existent qui suggèrent que notre comportement peut s'adapter en combinant de façon optimale les informations explorées récemment et celles exploitées dans le passé. Dans cet article, les chercheurs montrent que le cerveau répond aux changements de l'environnement sensoriel de la même façon que ce modèle mathématique. Pour cela, ils ont manipulé au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) le biais de probabilité de la direction du mouvement d'une cible visuelle sur un écran. En introduisant des bascules dans les biais de probabilités, cette expérience manipule la volatilité de l'environnement de façon contrôlée. Les résultats théoriques et expérimentaux prouvent que dans cette situation réaliste où le contexte (Le contexte d'un évènement inclut les circonstances et conditions qui l'entourent; le contexte d'un mot, d'une phrase ou d'un texte inclut les mots qui l'entourent. Le concept de contexte issu traditionnellement...) change à des moments aléatoires tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) au long de l'expérience, le système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, de l'encéphale, de la moelle épinière, etc. Il coordonne les...) peut s'adapter à la volatilité de façon adaptative, au fil des essais. Les expériences montrent en particulier que les humains s'adaptent à la volatilité au niveau sensorimoteur précoce, par leurs mouvements oculaires d'anticipation, mais aussi à un niveau cognitif plus élevé, par une évaluation explicite de la direction au prochain essai.

Ces expériences suggèrent que les humains (et de futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) systèmes artificiels) peuvent utiliser des stratégies d'adaptation beaucoup plus riches qu'on ne le supposait auparavant. Elles permettent de mieux comprendre comment les humains s'adaptent à des environnements changeants pour porter des jugements ou planifier des réponses basées sur des informations variables dans le temps.

Vidéo à télécharger: video-abstract.mp4

Pour en savoir plus:
Humans adapt their anticipatory eye movements to the volatility of visual motion properties.
Pasturel C, Montagnini A, Perrinet LU.
PLoS Comput Biol. 2020 Apr 13;16(4):e1007438. doi: 10.1371/journal.pcbi.1007438. eCollection 2020 Apr.

Contact:
Laurent Perrinet - Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont diversifiés et...) CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français (EPST).) à l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) de neurosciences (Les neurosciences correspondent à l'ensemble de toutes les disciplines biologiques et médicales qui étudient tous les aspects, tant normaux...) de la Timone (INT) - Laurent.Perrinet at univ-amu.fr

Laboratoire:
Institut de Neurosciences de la Timone (INT) - (CNRS/Univ Aix (AIX est le système d'exploitation de type UNIX d'IBM. AIX est l'acronyme de Advanced Interactive eXecutive, mais seul l'acronyme est utilisé.) Marseille)
27, Bd Jean Moulin (Un moulin est une machine à moudre les grains de céréale en farine et, par analogie, une machine à broyer, piler, pulvériser diverses substances et...), Marseille Cedex 05.
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