Comment se fait-il que certaines personnes soient agaçantes pour lire entre les lignes? Un puzzle digne d’un détective de souris.

Où est le prix

Où est le prix? Grâce à leurs compétences d’inférence, les souris sont tout aussi susceptibles de le trouver que les humains. Crédits: Diogo Matias

Certaines personnes sont terriblement douées pour «lire entre les lignes». Ils semblent savoir, bien avant tout le monde, qui est le tueur dans un film, ou le sens d’un poème abstrait. Ces personnes sont dotées d’une forte capacité d’inférence – utiliser des preuves indirectes pour trouver des informations cachées.

Mais l’inférence n’est pas une compétence possédée par quelques chanceux. Au contraire – nous utilisons tous l’inférence régulièrement, nous ne le réalisons tout simplement pas car cela nous vient si naturellement. Il a été crucial pour notre survie en tant qu’espèce depuis les premiers jours, lorsque nous l’avons utilisé pour déterminer quand et où chercher de la nourriture. Par exemple, nous avons utilisé des preuves indirectes, telles que de faibles bruissements dans la végétation ou la présence de feuilles à moitié mangées, pour déduire qu’un lapin doit être proche.

Même si l’inférence joue un rôle si important dans nos vies, les neuroscientifiques ont longtemps lutté pour comprendre comment elle est effectivement générée dans le cerveau. Une approche a été de concevoir des expériences qui exploitent cette compétence cognitive chez les rongeurs, qui nous ressemblent beaucoup plus que la plupart des gens ne le pensent.

Cependant, la conception de tâches expérimentales pour sonder l’inférence chez les rongeurs s’est avérée être un défi. Si certaines tâches se sont révélées trop difficiles, d’autres ont donné des résultats ambigus, car elles pouvaient également être résolues avec des stratégies moins sophistiquées.

Maintenant, les scientifiques du Centre Champalimaud pour l’inconnu à Lisbonne, au Portugal, ont trouvé un moyen de sortir du nœud. Dans leur étude, publiée aujourd’hui (11 février) dans la revue scientifique Neuron, l’équipe présente son élégant design expérimental, ainsi qu’une identification des régions cérébrales clés impliquées, et une version de jeu vidéo correspondante pour les humains.

Un puzzle digne d’un détective de souris

Quel élément ingénieux fait réussir la nouvelle conception expérimentale là où d’autres ont échoué? Zachary Mainen, l’investigateur principal qui a dirigé l’étude, pense que la raison en est qu’elle est plus compatible avec la nature des souris. “Au lieu d’imposer des conditions où les souris devraient se comporter comme de” petits humains “, nous avons décidé de créer une tâche qui semblerait plus naturelle à la souris, en s’appuyant sur ses compétences innées de recherche de nourriture. Les mêmes compétences sur lesquelles il s’appuie lorsqu’il cherche de la nourriture ou de l’eau. »

Dans l’expérience, les souris ont dû utiliser l’inférence pour découvrir l’emplacement d’une récompense en eau. «La récompense en eau pourrait, à tout moment, être disponible à l’un des deux jets d’eau. Si les souris réussissaient à rassembler les preuves, elles optimiseraient leur comportement; passer d’un bec à l’autre pour recevoir une récompense dans un délai minimal », explique Mainen.

L’emplacement de la récompense était contrôlé par deux variables indépendantes, toutes deux inconnues des souris. “Les souris ont dû déduire ce que ces variables étaient par essais et erreurs, déchiffrant progressivement les règles du jeu”, explique Pietro Vertechi, un auteur de l’étude.

La première variable était la probabilité de recevoir de l’eau au niveau du bec actif. «Même lorsqu’un bec était actif, il ne donnait pas toujours d’eau. Les souris devaient se rendre compte que le manque d’eau à un essai donné ne signifiait pas nécessairement que le bec n’était pas actif », explique Vertechi.

La deuxième variable a ajouté plus de complexité à la tâche: la probabilité que les becs basculent entre l’état actif et l’état inactif (ce qui signifie effectivement changer l’emplacement de la récompense) a été fixée à une certaine valeur, que les souris devaient également comprendre .

Cette conception a permis aux chercheurs de contrôler avec précision à quel point l’expérience serait difficile. Par exemple, un scénario relativement facile aurait de fortes probabilités de recevoir à la fois une récompense en eau et un changement d’emplacement. Dans ce cas, l’absence de récompense en eau signifierait probablement que la souris était au mauvais bec.

D’un autre côté, il serait beaucoup plus difficile pour les souris de décider quoi faire si les deux probabilités étaient faibles. Dans ce cas, le manque d’eau lors d’un essai donné n’était pas une indication très forte que le changement s’était produit.

Renifler les règles du jeu

Étonnamment, les souris ont pu comprendre assez rapidement ce qui se passait. «Ils ont optimisé leur comportement en quelques séances», explique Vertechi, «en ajustant le nombre de tentatives à un bec selon les règles du jeu. En conséquence, ils ont toléré beaucoup plus d’échecs dans un état dur et informatif que dans un état facile. »

Il est en effet très impressionnant que les souris puissent maîtriser cette tâche complexe. Mais comment les chercheurs ont-ils montré que ces résultats étaient compatibles avec l’inférence et non avec une autre stratégie de résolution de problèmes?

Selon Eran Lottem, un auteur de l’étude, la stratégie standard que les rongeurs appliqueraient aurait abouti à un résultat complètement différent. «Les chercheurs pensent généralement que les souris sont motivées par le taux de récompense direct. Si c’était le cas, ils resteraient simplement au bec qui leur a donné plus de récompense en moyenne, et continueraient d’essayer beaucoup plus longtemps à ce bec, même après qu’il soit devenu inactif. Au lieu de cela, nos souris ont changé dès qu’elles étaient certaines que leur bec n’était plus actif, peu importe à quel point il avait été gratifiant par le passé. Cela confirme fortement que les souris faisaient de l’inférence. »

Souris contre humain

Pour comparer directement les performances entre les espèces, l’équipe a développé une version de la tâche pour les humains. «C’est aussi une sorte de tâche de« recherche de nourriture », mais cette fois, au lieu de chercher de l’eau, les sujets recherchaient des proies», explique Dario Sarra, un autre auteur de l’étude.

Dans la version humaine, les sujets jouaient à un jeu vidéo dans lequel les informations cachées étaient l’emplacement d’un monstre qui se cachait derrière un château. Le but était de frapper le monstre en lançant des pierres. Tout comme les souris, les sujets devaient trouver deux ensembles de variables: la probabilité de pouvoir frapper le monstre au bon endroit et la probabilité d’un changement de lieu.

Leurs résultats ont démontré que les souris et les humains résolvent la tâche d’une manière remarquablement similaire. «Non seulement la stratégie était pratiquement la même, mais nous avons constaté que les deux espèces sont sensibles aux mêmes défis», explique Sarra. «Plus précisément, le processus d’inférence a pris plus de temps, dans les deux espèces, lorsque les probabilités de récompense et de changement d’état étaient faibles, créant une incertitude globale plus élevée. Cependant, indépendamment des difficultés, les humains ont compris ce qui se passait beaucoup plus rapidement que les souris, atteignant des performances optimales dès la première session. »

Selon Mainen, leurs résultats impliquent que «les jeux vidéo font de nous des souris. Certains jeux vidéo, comme celui que nous avons développé, puisent dans des comportements fondamentaux, en l’occurrence la recherche de nourriture. Nous avons été surpris de constater que les deux espèces se comportaient de manière similaire. Mais là encore, cela montre simplement combien ces deux espèces ont en commun. »

Prochaines étapes

L’équipe a l’intention d’utiliser les versions humaine et souris de la tâche comme un outil pour étudier les mécanismes neuronaux sous-jacents à ce processus cognitif. «Dans cette étude, nous avons déjà commencé à explorer certaines de ces questions. En particulier, nous avons observé qu’une zone cérébrale appelée cortex orbitofrontal jouait un rôle clé dans le processus d’inférence. Dans les essais où le cortex orbitofrontal était inactivé, les souris sont revenues à une stratégie plus simple et plus naïve. Il s’agit d’une découverte passionnante, qui nous aidera à aller de l’avant avec une enquête plus approfondie sur la façon dont l’inférence se produit dans le cerveau », explique Mainen.

De plus, l’équipe est curieuse de voir si la version jeu vidéo de la tâche pourrait être utilisée pour caractériser des profils psychologiques spécifiques. «Par exemple», explique Vertechi, «les personnes qui souffrent de troubles du contrôle des impulsions ou de dépression ont-elles tendance à adopter des stratégies spécifiques? Si nous constatons que la réponse à cette question est oui, alors nous pourrions profiter de la tâche analogue des rongeurs pour évaluer les mécanismes neuronaux sous-jacents à ces profils spécifiques », conclut-il.

Référence: «Infer-based Decisions in a Hidden State Foraging Task: Differential Contributions of Prefrontal Cortical Areas» par Pietro Vertechi, Eran Lottem, Dario Sarra, Beatriz Godinho, Isaac Treves, Tiago Quendera, Matthijs Nicolai Oude Lohuis et Zachary F. Mainen, 11 février 2020, Neuron.
DOI: 10.1016 / j.neuron.2020.01.017