Integration of beliefs and affective values in human decision-making

par Marion Rouault

Thèse de doctorat en Neurosciences

Sous la direction de Étienne Koechlin.

  • Titre traduit

    Intégration des croyances et valeurs affectives dans la prise de décision chez l'homme


  • Résumé

    Le contrôle exécutif de l'action fait référence a la capacité de l'homme a contrôler et adapter son comportement de manière flexible, en lien avec ses états mentaux internes. Il repose sur l’évaluation des conséquences des actions pour ajuster les choix futurs. Les actions peuvent être renforcées ou dévalues en fonction de la valeur affective des conséquences, impliquant notamment les ganglions de la base et le cortex préfrontal médian. En outre, les conséquences des actions portent une information, qui permet d'ajuster le comportement en relation avec des croyances internes, impliquant le cortex préfrontal. Ainsi, les conséquences des actions portent deux types de signaux : (1) Une valeur affective, qui représente l’évaluation de la conséquence de l'action selon les préférences subjectives, issue de l'apprentissage par renforcement ; (2) Une valeur de croyance, mesurant comment les actions correspondent aux contingences externes, en lien avec l’inférence bayésienne. Cependant, la contribution de ces deux signaux a la prise de décision reste méconnue. Dans cette these, nous avons étudie la pertinence de cette dissociation aux niveaux comportemental et cérébral. Nous présentons plusieurs expériences comportementales permettant de dissocier ces deux signaux de valeur, sous la forme de taches d'apprentissage probabiliste avec des structures de récompense stochastiques et changeantes. Nous avons construit un modelé établissant les fondations fonctionnelles et computationnelles de la dissociation. Il combine deux systèmes en parallèle : un système d'apprentissage par renforcement modulant les valeurs affectives, et un système d’inférence bayésienne modulant les croyances. Le modèle explique mieux le comportement que de nombreux modèles alternatifs. Nous avons ensuite étudie, en IRM fonctionnelle, si les représentations dépendantes et indépendantes du choix des croyances et des valeurs affectives avaient des bases neurales distinctes. L’activité du cortex préfrontal ventromédian (VMPFC) et du cortex mid-cingulaire (MCC) corrélé avec les deux variables dépendantes du choix. Cependant, une double-dissociation a été identifiée concernant les représentations indépendantes du choix, le VMPFC étant spécifique des croyances alors que le MCC est spécifique des valeurs affectives. En outre, l’activité du cortex préfrontal latéral augmente lorsque les deux valeurs de décision sont proches et que le choix devient difficile. Ces résultats suggèrent qu'avant la décision, le cortex préfrontal ventromédian (VMPFC) et le cortex mid-cingulaire (MCC) encodent séparément les croyances et les valeurs affectives respectivement. Le cortex préfrontal latéral (LPFC) combine les deux signaux pour prendre une décision, puis renvoie l'information du choix aux régions médianes, probablement pour actualiser les deux signaux de valeur en fonction des conséquences du choix. Ces résultats contribuent a élucider les mécanismes cérébraux de la prise de décision dans le cortex préfrontal.


  • Résumé

    Executive control relates to the human ability to monitor and flexibly adapt behavior in relation to internal mental states. Specifically, executive control relies on evaluating action outcomes for adjusting subsequent action. Actions can be reinforced or devaluated given affective value of outcomes, notably in basal ganglia and medial prefrontal cortex. Additionally, outcomes convey information to adapt behavior in relation to internal beliefs, involving prefrontal cortex. Accordingly, action outcomes convey two major types of value signals: (1) Affective values, representing the valuation of action outcomes given subjective preferences and stemming from reinforcement learning; (2) Belief values about how actions map onto outcome contingencies and relating to Bayesian inference. However, how these two signals contribute to decision remains unclear, and previous experimental paradigms confounded them. In this PhD thesis, we investigated whether their dissociation is behaviorally and neurally relevant. We present several behavioral experiments dissociating these two signals, in the form of probabilistic reversal-learning tasks involving stochastic and changing reward structures. We built a model establishing the functional and computational foundations of such dissociation. It combined two parallel systems: reinforcement learning, modulating affective values, and Bayesian inference, monitoring beliefs. The model accounted for behavior better than many other alternative models. We then investigated whether beliefs and affective values have distinct neural bases using fMRI. BOLD signal was regressed against choice-dependent and choice-independent beliefs and affective values. Ventromedial prefrontal cortex (VMPFC) and midcingulate cortex (MCC) activity correlated with both choice-dependent variables. However, we found a double-dissociation regarding choice-independent variables, with VMPFC encoding choice-independent beliefs, whereas MCC encoded choice-independent affective values. Additionally, activity in lateral prefrontal cortex (LPFC) increased when decision values (i.e. mixture of beliefs and affective values) got closer to each other and action selection became more difficult. These results suggest that before decision, VMPFC and MCC separately encode beliefs and affective values respectively. LPFC combines both signals to decide, then feeds back choice information to these medial regions, presumably for updating these value signals according to action outcomes. These results provide new insight into the neural mechanisms of decision-making in prefrontal cortex.


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