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Thèse Année : 2022

Intrinsic motivation for free choice in Parkinson's disease : involvement of the basal ganglia and the dopaminergic system

Motivation intrinsèque pour le choix dans la maladie de Parkinson : implication des ganglions de la base et du système dopaminergique

Résumé

Humans and other animals appear to frequently base decisions on value attribution that is often not clearly linked to extrinsic outcomes. For example, they prefer opportunities to choose, even when these have no positive impact on future rewards. Thus, access to free choice may be intrinsically rewarding, a form of motivation that invigorates an agent to perform behaviors in and of themselves. This rewarding nature of choice suggests the implication of the basal ganglia system, which is strongly modulated by the dopaminergic system. Dopamine neuron degeneration is responsible for the symptoms of Parkinson's disease (PD). While treatments improve motor function, they can induce behavioral changes. For example, some PD patients treated with dopaminergic treatment show altered sensitivity to extrinsic rewards. Some patients treated with subthalamic nucleus (STN) stimulation, an essential structure in the basal ganglia system, may suffer from impulsive decisions and altered learning from extrinsic rewards. We sought to understand how extrinsic and intrinsic motivations act together during decision making. We developed a new paradigm to identify choice preference as an intrinsic reward in healthy humans as well as patients with PD. First, in healthy subjects, we established that humans prefer choice opportunities for their own sake, independent of the extrinsic rewards associated with these opportunities. We then studied PD patients ON and OFF treatment, which allowed to manipulate the dopaminergic system and basal ganglia that are involved in processing of extrinsic reward. In one patient group, treatment consisted of acute dopamine replacement therapy, and in second patient group treatment consisted of deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN). We found that PD patients ON treatment preferred opportunities to choose even though these did not afford more extrinsic rewards. However, patients lose this preference in conditions that diminish the quantity of dopamine in their brains or by reducing the activation of medial prefrontal cortical areas via deep brain stimulation. In particular, we used probabilistic tractography of cortical fibers from DBS stimulation sites to show that higher connectivity with the right dorsal anterior cingulate cortex was associated with increased choice preference induced by STN-DBS. In the group treated with dopaminergic medication, patients with higher chronic doses of dopaminergic medication showed an increased choice preference. These results advance our understanding of the neurocognitive determinants of intrinsic reward and its interplay with general motivational processes by unmasking motivational mechanisms associated with behavioral impairments observed in PD.
La préférence pour des situations comportant du choix a été observés chez l’humain et plusieurs espèces animales. Cette préférence pour le choix présente des avantages qui semblent prévaloir sur l’obtention de récompenses plus basiques. Le choix pourrait présenter un caractère intrinsèquement motivant. Ce caractère récompensant du choix suggère l’implication du système des ganglions de la base, impliqué dans les processus de prise de décision et de pérennisation des actions, modulé fortement par le système dopaminergique, responsable de la valuation des stimuli. La dégénérescence des neurones dopaminergiques et l’altération des ganglions de la base qui en résulte, provoque les symptômes de la maladie de Parkinson. Alors que les traitements améliorent la fonction motrice, ils peuvent induire des modifications comportementales. Par exemple, certains patients parkinsoniens sous traitement dopaminergique présentent une sensibilité accrue aux récompenses extrinsèques. Certains patients traités par stimulation du noyau subthalamique (NST), noyau essentiel des ganglions de la base, peuvent souffrir d’une prise de décisions impulsives. Ce travail de recherche utilise un nouveau paradigme permettant de caractériser la préférence pour le choix comme récompense intrinsèque. Dans une première étape, le sujet a la possibilité de choisir librement ou non. Dans une seconde étape, il choisit entre deux images celle qui délivre le plus de récompenses. Pour limiter le biais d’exploration, les sujets ont réalisé un apprentissage préalable des contingences de récompenses. Des sujets sains, des patients parkinsoniens avec traitement dopaminergique et d’autres traités par stimulation cérébrale profonde du NST ont été inclus. Les patients parkinsoniens ont réalisé la tâche sans (OFF) et avec traitement (ON). Afin d’examiner si des patterns de connectivité pourraient expliquer les réponses des patients stimulés, la tractographie probabiliste des fibres corticales incluses dans le volume de tissu activé au sein du NST a été analysée. Premièrement, chez des sujets sains, nous avons établi que les humains préfèrent les possibilités de choix pour elles-mêmes, indépendamment des récompenses extrinsèques associées à ces possibilités. Chez les patients, il existe un effet aigu de la stimulation du NST, les sujets ON préférant le choix à hauteur de celle des sujets sains, indépendamment des récompenses extrinsèques qu’ils ont reçus. Chez les patients OFF, la préférence pour le choix diminue près du seuil d’indifférence (50%). Il existe une connectivité accrue avec le cortex cingulaire antérieur dorsal droit chez les patients ayant le plus d’effet. Les patients avec traitement dopaminergique présentaient une préférence pour le choix accru si leurs doses quotidiennes étaient plus élevées. Ces résultats font progresser notre compréhension des déterminants neurocognitifs de la récompense intrinsèque et de son interaction avec des processus motivationnels généraux en démasquant les mécanismes associés aux troubles comportementaux observées dans la maladie de Parkinson.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04102413 , version 1 (22-05-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04102413 , version 1

Citer

David Bendetowicz. Motivation intrinsèque pour le choix dans la maladie de Parkinson : implication des ganglions de la base et du système dopaminergique. Neurosciences [q-bio.NC]. Sorbonne Université, 2022. Français. ⟨NNT : 2022SORUS568⟩. ⟨tel-04102413⟩
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