Thèse Année : 2026

Distinct dorsal and ventral basal ganglia contributions to value-based decision-making in health and parkinsonism

Rôle des circuits dorsal et ventral des ganglions de la base dans les processus décisionnels en conditions saine et parkinsonienne

Résumé

Value-based decision-making (DM) relies on processes that evaluate options by assigning them a subjective value, guide action selection and execution, and evaluate consequences by comparing expected and obtained outcomes to update decisions. These processes rely on coordinated activity within distributed brain networks including the basal ganglia (BG). The BG comprise interconnected nuclei modulated by midbrain dopamine and organized into partially overlapping cortico-subcortical circuits along a dorsal-ventral axis. Dorsal circuits are associated with motor and cognitive control, while ventral circuits are linked to valuation/evaluation and motivation. Dysfunctions of these circuits have been implicated in DM deficits observed in Parkinson’s disease (PD). However, their distinct contribution to value-based DM in healthy and pathological conditions remains unclear.To address this question, we performed electrophysiological recordings before and after PD induction in key BG nuclei (caudate nucleus, nucleus accumbens (NAc), external globus pallidus and ventral pallidum) in non-human primates performing a value-based DM task in which expected values (EVs) varied with reward magnitude and probability. We examined how decision variables (value- and action-related signals) associated with losses and gains are encoded and organized across BG structures. Behavior scaled with EV: higher EV options were chosen more accurately, elicited fewer omissions and were associated with faster decision times, linking valuation to behavioral engagement and vigor. Single-unit recordings revealed a functional gradient across structures: dorsal regions preferentially encoded action-related parameters, while value encoding increased ventrally. EV representations were non-linear with maximal sensitivity at the loss-gain transition. Population-level neural dynamics revealed distinct neural trajectory geometries across EVs, particularly at this transition in ventral regions, where trajectory separation and divergence increased, while spatial signals were more segregated dorsally. Decoding analyses supported this dissociation: EV was best decoded from ventral populations, whereas spatial parameters were most accurately decoded from dorsal populations. Thus, representation of value and action signals across BG structures is distributed but organized.To examine DM deficits in PD, we induced progressive dopaminergic depletion using chronic low-dose 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine (MPTP) and compared healthy, early, and late disease stages. Dopamine loss led to marked task disengagement and reduced movement vigor, accompanied by changes in neuronal encoding despite preserved decision performance. The most pronounced alterations occurred in the ventral striatum, including a late-stage decrease in value encoding in NAc neurons, while pallidal representations of decision variables were largely intact. Analysis of cue-evoked changes in neural response magnitude (neural gain) showed maintained differentiation between performed and omitted trials and revealed systematic co-shifts between disengagement and the increasing prevalence of omission-like low-gain neural states across disease stages. Dopamine depletion may therefore shift global network states (from engaged to disengaged) rather than abolish valuation.Together, this work supports a functional organization of the BG during value-based DM in which ventral circuits preferentially encode value, including non-linear loss-gain sensitivity, while dorsal circuits preferentially encode action-related variables. Dopaminergic depletion primarily affects motivation and task engagement through shifts in global neural states and selective vulnerability of ventral striatal circuits, while pallidal populations may help sustain accurate decision performance by maintaining representations of task-relevant decision variables.

La prise de décision basée sur la valeur repose sur des processus qui évaluent les options, guident la sélection et l’exécution des actions, puis en évaluent les conséquences en comparant les résultats attendus et obtenus pour ajuster les choix. Ces processus reposent sur des réseaux cérébraux distribués incluant les ganglions de la base (GB). Les GB sont des structures sous-corticales interconnectées modulées par la dopamine du mésencéphale et organisées en circuits cortico-sous-corticaux partiellement parallèles le long d’un axe dorso-ventral. Le circuit dorsal est associé au contrôle moteur et cognitif alors que le ventral est impliqué dans l’évaluation des options/résultats et la motivation. Des dysfonctionnements de ces circuits ont été impliqués dans les déficits décisionnels de la maladie de Parkinson (MP). Cependant, leur rôle dans la prise de décision en conditions saines et pathologiques reste mal compris.Pour répondre à cette question, nous avons réalisé des enregistrements électrophysiologiques avant et après induction de la MP dans plusieurs noyaux clés des GB (noyau caudé, noyau accumbens (NAc), globus pallidus externe et pallidum ventral) chez des primates non humains réalisant une tâche de décision basée sur la valeur, où les valeurs attendues (VA) dépendaient de la magnitude et de la probabilité de récompense pouvant correspondre à des gains ou pertes. Le comportement variait en fonction de la VA: les options avec des VA élevées étaient choisies plus fréquemment, entraînaient moins d’omissions et des décisions plus rapides. Les enregistrements unitaires ont révélé un gradient fonctionnel: les régions dorsales encodaient préférentiellement les paramètres liés à l’action, alors que l’encodage de la valeur augmentait ventralement. Les représentations de la VA étaient non linéaires avec une sensibilité maximale à la transition entre pertes et gains. L’analyse de population a révélé des dynamiques de trajectoires neuronales dépendantes de la VA, particulièrement dans les régions ventrales, tandis que les signaux spatiaux étaient plus ségrégés dorsalement. L’analyse de décodage a confirmé cette dissociation: la VA était mieux décodée par les populations ventrales et les paramètres spatiaux par les dorsales.Pour examiner les déficits décisionnels dans la MP, nous avons induit une déplétion dopaminergique progressive par traitement chronique à faible dose de MPTP et comparé les stades sain, précoce et tardif de la maladie. La perte de dopamine a entraîné un désengagement dans la tâche et une diminution de la vigueur motrice, accompagnés de modifications de l’encodage neuronal malgré des capacités décisionnelles préservées. Les effets les plus marqués ont été observés dans le striatum ventral avec une réduction de la fraction de neurones codant la valeur dans le NAc au stade tardif, tandis que les représentations pallidales des variables décisionnelles restaient largement intactes. L’analyse des variations d’amplitude de réponse neuronale (gain neuronal) a révélé une co-variation entre le désengagement et l’augmentation d’états neuronaux de faible gain similaires à ceux des omissions. La déplétion dopaminergique pourrait déplacer l’état neuronal global du réseau d’un état engagé vers un état désengagé plutôt qu’altérer l’évaluation des options.Ce travail met en évidence une organisation fonctionnelle des GB dans la décision basée sur la valeur: les circuits ventraux encodent préférentiellement la valeur, avec une sensibilité à la transition entre les pertes et les gains tandis que les circuits dorsaux encodent davantage les variables liées au choix. La perte de dopamine affecte principalement la motivation et l’engagement via des modifications des états neuronaux globaux et une vulnérabilité sélective du striatum ventral, tandis que les populations pallidales pourraient contribuer au maintien des performances décisionnelles, en maintenant les représentations des variables de décision pertinentes pour la tâche.

Fichier principal
Vignette du fichier
SIMIC_MILESA_2026.pdf (8.16 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)
Licence

Dates et versions

tel-05627962 , version 1 (20-05-2026)

Licence

Identifiants

  • HAL Id : tel-05627962 , version 1

Citer

Milesa Simic. Distinct dorsal and ventral basal ganglia contributions to value-based decision-making in health and parkinsonism. Neuroscience. Université de Bordeaux, 2026. English. ⟨NNT : 2026BORD0072⟩. ⟨tel-05627962⟩
0 Consultations
0 Téléchargements

Partager

  • More