Computational modeling of cognitive control for rule-guided behavior

Modélisation du contrôle cognitif pour le comportement guidé par les règles Le contrôle cognitif est la capacité générale d’un organisme à inhiber le comportement dominant en faveur d’une réponse pertinente selon des objectifs internes et en lien avec des facteurs environnementaux et/ou motivationnels. Diverses études expérimentales ainsi que des modèles computationnels ont tenté de mettre en évidence les mécanismes et les structures neuronales sous-jacents qui autorisent un comportement à la fois flexible et adaptatif. Néanmoins, une théorie unifiée qui tiendrait compte de l’ensemble de ces mécanismes reste insaisissable, notamment en ce qui concerne le degré d’adaptabilité qui varie entre les humains et les animaux non humains. Dans ce travail, nous souhaitons caractériser cette gradation du contrôle cognitif afin de poser un cadre conceptuel nous permettant de concevoir des modèles informatiques biologiquement plausibles à même de mettre en évidence les étapes clés du contrôle cognitif. Dans une première approche, et sur la base d’études chez la souris, nous utilisons un modèle acteur-critique standard afin de montrer comment le comportement naturel d’exploration de la souris doit être inhibé afin de permettre au modèle d’apprendre une règle simple dans un labyrinthe radial. Au travers d’une série de tâche de complexité croissante, nous montrons alors la nécessité de posséder des systèmes de mémoire de travail et épisodique, en adéquation avec la littérature sur la prise de décision chez les rongeurs. Cela est notamment réalisé en étendant le modèle précédent avec une modélisation fonctionnelle de ces deux systèmes de mémoire, nous permettant ainsi de caractériser les contributions respectives de ces deux systèmes, en accord avec les études chez les rongeurs. Dans un troisième temps, nous mettons en évidence la nécessité de former des représentations explicites du contexte à partir de règles acquises implicitement, et ceci, afin de pouvoir acquérir un comportement spécifique vis à vis d’un contexte particulier. Enfin, pour comprendre comment le cortex préfrontal soutient cet apprentissage contextuel et autorise une pleine capacité du contrôle cognitif chez l’Homme, nous proposons un modèle hiérarchique global qui explique notamment le rôle de l’attention sélective dans l’apprentissage de règles abstraites. Notre hypothèse étant que cette capacité d’attention permet la sélection des règles concrètes les plus appropriées ainsi que la manipulation des représentations sous-jacentes. Tout cela étant réalisé en assurant le monitoring des ces représentations ainsi que les erreurs de prédiction.