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Thèse Année : 2015

Integration of beliefs and affective values in human decision-making

Integration des croyances et valeurs affectives dans la prise de decision chez l'Homme

Résumé

Executive control relates to the human ability to monitor and flexibly adapt behavior in relation to internal mental states. Speci fically, 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.
Le controle executif de l'action fait reference a la capacite de l'Homme a controler et adapter son comportement de maniere flexible, en lien avec ses etats mentaux internes. Il repose sur l'evaluation des consequences des actions pour ajuster les choix futurs. Les actions peuvent etre renforcees ou devaluees en fonction de la valeur affective des consequences, impliquant notamment les ganglions de la base et le cortex prefrontal median. En outre, les consequences des actions portent une information, qui permet d'ajuster le comportement en relation avec des croyances internes, impliquant le cortex prefrontal. Ainsi, les consequences des actions portent deux types de signaux : (1) Une valeur affective, qui represente l'evaluation de la consequence de l'action selon les preferences subjectives, issue de l'apprentissage par renforcement ; (2) Une valeur de croyance, mesurant comment les actions correspondent aux contingences externes, en lien avec l'inference bayesienne. Cependant, la contribution de ces deux signaux a la prise de decision reste meconnue. Dans cette these, nous avons etudie la pertinence de cette dissociation aux niveaux comportemental et cerebral. Nous presentons plusieurs experiences comportementales permettant de dissocier ces deux signaux de valeur, sous la forme de taches d'apprentissage probabiliste avec des structures de recompense stochastiques et changeantes. Nous avons construit un modele etablissant les fondations fonctionnelles et computationnelles de la dissociation. Il combine deux systemes en parallele : un systeme d'apprentissage par renforcement modulant les valeurs affectives, et un systeme d'inference bayesienne modulant les croyances. Le modele explique mieux le comportement que de nombreux modeles alternatifs. Nous avons ensuite etudie, en IRM fonctionnelle, si les representations dependantes et independantes du choix des croyances et des valeurs affectives avaient des bases neurales distinctes. L'activite du cortex prefrontal ventromedian (VMPFC) et du cortex midcingulaire (MCC) correle avec les deux variables dependantes du choix. Cependant, une double-dissociation a ete identi fiee concernant les representations independantes du choix, le VMPFC etant speci que des croyances alors que le MCC est speci que des valeurs affectives. En outre, l'activite du cortex prefrontal lateral augmente lorsque les deux valeurs de decision sont proches et que le choix devient diffcile. Ces resultats suggerent qu'avant la decision, le cortex prefrontal ventromedian (VMPFC) et le cortex mid-cingulaire (MCC) encodent separement les croyances et les valeurs affectives respectivement. Le cortex prefrontal lateral (LPFC) combine les deux signaux pour prendre une decision, puis renvoie l'information du choix aux regions medianes, probablement pour actualiser les deux signaux de valeur en fonction des consequences du choix. Ces resultats contribuent a elucider les mecanismes cerebraux de la prise de decision dans le cortex prefrontal.
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  • HAL Id : tel-01664172 , version 1

Citer

Marion Rouault. Integration of beliefs and affective values in human decision-making. Neuroscience. Ecole Normale Superieure de Paris - ENS Paris, 2015. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01664172v1⟩
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