Neural correlates of affordance competition in dorsal premotor cortex

Abstract

Le travail présenté dans cette thèse porte sur le rôle du cortex prémoteur dorsal (PMd) au sujet de la prise de décision (sélection d’une action parmis nombreux choix) et l'orientation visuelle des mouvements du bras. L’ouvrage décrit des expériences électrophysiologiques chez le singe éveillé (Macaca mulatta) permettant d’adresser une fraction importante des prédictions proposées par l'hypothèse des affordances concurrentes (Cisek, 2006; Cisek, 2007a). Cette hypothèse suggère que le choix de toute action est l’issue d'une concurrence entre les représentations internes des exigences et des atouts de chacune des options présentées (affordances; Gibson, 1979). Un intérêt particulier est donné au traitement de l'information spatiale et la valeur des options (expected value, EV) dans la prise de décisions. La première étude (article 1) explore la façon dont PMd reflète ces deux paramètres dans la période délai ainsi que de leur intéraction. La deuxième étude (article 2) explore le mécanisme de décision de façon plus détaillée et étend les résultats au cortex prémoteur ventral (PMv). Cette étude porte également sur la représentation spatiale et l’EV dans une perspective d'apprentissage. Dans un environnement nouveau les paramètres spatiaux des actions semblent être présents en tout temps dans PMd, malgré que la représentation de l’EV apparaît uniquement lorsque les animaux commencent à prendre des décisions éclairées au sujet de la valeur des options disponibles. La troisième étude (article 3) explore la façon dont PMd est impliqué aux “changements d'esprit“ dans un procès de décision. Cette étude décrit comment la sélection d’une action est mise à jour à la suite d'une instruction de mouvement (GO signal). I II Les résultats principaux des études sont reproduits par un modèle computationnel (Cisek, 2006) suggérant que la prise de décision entre plusieurs actions alternatives peux se faire par voie d’un mécanisme de concurrence (biased competition) qui aurait lieu dans la même région qui spécifie les actions.

This thesis examines the role of the dorsal premotor cortex (PMd) in the process of decision making (action selection) and visual guidance of arm movements. The work describes electrophysiological experiments conducted in awake monkeys (Macaca mulatta) and tests a number of important predictions suggested by the affordance competition hypothesis (Cisek, 2006; Cisek, 2007a). This hypothesis suggests that decisions can be viewed as the result of a competition between internal representations of conflicting demands and opportunities for actions or affordances (Gibson, 1979). Specific interest is given to the interaction between spatial information and expected value (EV) in a proposed affordance competition mechanism for action selection. The first study presented (article 1) explores how EV is represented during the delay period in PMd. This study also describes how this area reflects the spatial metrics of the options and examines the interaction between value and spatial information. The second study (article 2) explores the mechanism of action selection in more detail and extends the results to ventral premotor cortex (PMv). This study also addresses the nature of value and spatial representations from a learning perspective. In a novel environment the spatial metrics of the actions seem to be invariably present in PMd, meanwhile EV representations appear only once the animals make behaviorally informed decisions about the value of the available options. The third study (article 3) explores how PMd is involved in “changes of mind” in which action selection is updated following a movement instruction (GO signal). III IV The major findings in all these studies are reproduced by a computational model (Cisek, 2006) suggesting that decisions between actions can be made through a biased competition process that takes place in the same region that specifies the actions.