Le Paradoxe des Besoins : Des Scientifiques de Stanford Éclairent la Décision.

Patrick Lesggie

Une étude de Stanford sur la prise de décision des souris révèle que la faim et la soif modulent les objectifs plutôt que d’influencer directement les choix, mettant en évidence le rôle du cerveau dans la résolution de besoins conflictuels.

Faire des choix peut être difficile. Nous sommes souvent confrontés à des dilemmes où choisir une option signifie en abandonner une autre. Ce concept s’applique à tout le monde, y compris une souris affamée, où chaque petit morceau de nourriture compte. Mais que se passe-t-il si les enjeux sont plus importants que de choisir entre de petits morceaux de nourriture et un morceau de fromage ?

Les chercheurs de Stanford ont étudié la manière dont les souris résolvent les conflits entre les besoins de base dans une étude récemment publiée dans la revue Nature. Ils ont présenté à des souris à la fois affamées et assoiffées un accès égal à la nourriture et à l’eau, et ont observé ce qui se passait ensuite.

Le comportement des souris a surpris les scientifiques. Certaines se sont d’abord tournées vers l’eau, tandis que d’autres ont choisi la nourriture. Ensuite, avec des périodes d’indulgence apparemment « aléatoires », elles ont changé de l’une à l’autre. Dans leur étude, Ethan Richman, doctorant et auteur principal de l’article, et ses collègues des départements de biologie, de psychiatrie et de sciences du comportement, et de bio-ingénierie, ont exploré pourquoi. Ce travail s’appuie sur des années de collaboration entre les co-auteurs seniors Karl Deisseroth, professeur de médecine à Stanford, et Liqun Luo, professeur à l’École des sciences humaines et des sciences, pour comprendre comment le cerveau maintient en vie le corps.

Buridan’s what?

« Il y a cette vieille énigme philosophique appelée l’âne de Buridan », explique Richman, « où vous avez un âne qui a autant faim que soif et qui est également éloigné de la nourriture et de l’eau ». Le concept a été évoqué par les philosophes Aristote, Jean Buridan et Baruch Spinoza, sous des formes différentes. La question était de savoir si l’âne choisirait un besoin plutôt que l’autre ou resterait obstinément au milieu.

Mais les animaux font constamment des choix. Nous devons satisfaire nos besoins pour maintenir l’homéostasie. Richman et ses collègues voulaient savoir comment le cerveau dirigeait la circulation à travers des signaux contradictoires pour défier Buridan. Ils appellent leur expérience comportementale « l’étalon de Buridan ».

Si la faim ou la soif motivait directement une souris à manger ou boire, elle changerait dès qu’un besoin l’emportait sur l’autre. Lorsque les besoins étaient égaux, la souris restait bloquée. Ce n’est pas ce que les chercheurs ont observé. « Nos données indiquent que la soif et la faim n’agissent pas comme des forces directes sur le comportement », explique Richman. « Au lieu de cela, ils modulent le comportement de manière plus indirecte. Ils influencent ce que nous considérons comme l’objectif actuel de la souris.»

Un but pour une souris

Nous pensons souvent aux choix comme un moment décisif. Les chercheurs voulaient comprendre quand et où les choix entre la nourriture et l’eau prennent naissance dans le cerveau. À l’aide des récents progrès des technologies d’enregistrement, ils ont surveillé l’activité de neurones individuels répartis dans le cerveau de la souris.

À leur grande surprise, les schémas d’activité des neurones dans tout le cerveau ont prédit le choix de la souris, même avant qu’elle ne soit confrontée à des options. « Au lieu d’un seul moment de choix, le cerveau de la souris diffuse constamment son objectif actuel », explique Richman. « Les résultats des choix les plus difficiles que vous faites – lorsque les options ont une importance presque équivalente, mais que les catégories sont fondamentalement différentes – peuvent être liés à l’état dans lequel se trouvait votre cerveau, même avant que le choix ne lui soit présenté », explique Deisseroth. « C’est un résultat intéressant et cela nous aide à mieux comprendre certains aspects du comportement humain. »

Explorer le hasard

Les chercheurs ont constaté que les souris affamées et assoiffées font souvent le même choix à plusieurs reprises avant de changer soudainement. « En mode alimentation, la souris mangera et mangera. En mode de boisson, elle boira et boira », dit Luo. « Mais il y a un aspect aléatoire qui les pousse à passer de l’un à l’autre. De cette façon, à long terme, ils satisfont les deux besoins, même s’ils ne choisissent qu’un seul à un moment donné. »

Pour tester ce hasard apparent, les chercheurs ont mené une autre expérience, cette fois avec des souris affamées. Pendant que les souris mangeaient, les scientifiques ont introduit la soif grâce à une technique appelée optogénétique. Avec l’optogénétique, ils ont utilisé la lumière pour activer les neurones induisant la soif. Parfois, les souris passaient à l’eau, et parfois elles l’ignoraient et continuaient à manger. Le niveau de soif était le même à chaque fois, amenant les chercheurs à conclure qu’il existe un aléa important influençant le but de la souris.

Les scientifiques ont été perplexes face à l’interaction entre ce hasard et les intensités relatives de la faim et de la soif. Pour mieux comprendre cela, ils se sont tournés vers la modélisation mathématique. Inspirés par une ressemblance conceptuelle entre leurs résultats et un domaine lointain de la physique, les chercheurs ont emprunté, ajusté et simulé plusieurs équations.

« Nous avons été extrêmement surpris et enthousiastes de constater que quelques équations simples provenant d’une discipline apparemment sans rapport pouvaient prédire étroitement certains aspects du comportement de la souris et de l’activité cérébrale », déclare Richman. Les résultats de leur modélisation ont suggéré que l’activité cérébrale liée à l’objectif de la souris est constamment en mouvement. Elle est piégée par des besoins tels que la faim et la soif. Pour s’échapper et passer d’un objectif à un autre, la souris compte sur une série de hasards favorables.

Ce travail établit l’importance de l’état de référence changeant du cerveau lorsqu’il s’agit de prendre des décisions. À l’avenir, les chercheurs exploreront ce qui définit l’ambiance et pourquoi les décisions ne sont pas toujours logiques.

Au-delà de Buridan

« En ce qui concerne l’âne de Buridan, nous pouvons dire que l’esprit de l’âne est fait avant qu’on lui donne le choix », explique Richman, « et s’il doit attendre, alors son choix peut changer spontanément. Les applications cliniques de ce travail dans le contexte humain sont un peu plus complexes. « En tant que psychiatre, je pense souvent à la manière dont nous prenons des décisions saines (adaptatives) ou nuisibles (maladaptatives) », explique Deisseroth. (Les comportements maladaptatifs ont un impact sur la capacité des personnes à prendre des décisions dans leur intérêt et sont courants dans les troubles psychiatriques.) « Il est très difficile pour les familles et les amis de voir des êtres chers agir contre leurs propres impulsions de survie. Il peut être utile de comprendre les choix effectués comme reflétant le paysage dynamique sous-jacent du cerveau du patient, affecté par le trouble plutôt que par la volonté consciente du patient. »

Bien que ce travail n’explique pas nécessairement le comportement humain, il commence à révéler un cadre important pour la prise de décision. « Il s’agit d’une science fondamentale qui repose sur une neuro-ingénierie assez avancée, mais au fond, nous abordons des questions universelles auxquelles les gens réfléchissent et auxquelles ils sont confrontés tout le temps », déclare Deisseroth. « C’est passionnant de développer et d’appliquer des outils modernes pour aborder ces questions très anciennes, profondes et personnelles. »

Référence : « La diffusion du paysage neuronal résout les conflits entre les besoins à travers le temps » par Ethan B. Richman, Nicole Ticea, William E. Allen, Karl Deisseroth et Liqun Luo, 8 novembre 2023, Nature.
DOI : 10.1038/s41586-023-06715-z

Ce travail a été financé par la National Science Foundation, les National Institutes of Health et la Fondation Gatsby.