Soutenance de thèse de MONNET-AIMARD Alexis
Titre de thèse
Impact de l'engagement comportemental sur le traitement de l'information sensorielle et cognitive dans les cortex pariétaux, frontaux et visuels du macaque
Impact of behavioral engagement on sensory and cognitive information processing in the parietal, frontal, and visual cortices of macaque monkeys
Résumé de la thèse
Détecter un stimulus dans un environnement visuellement complexe — comme un prédateur camouflé ou un fruit dissimulé dans un arbre — nécessite de comparer des informations sensorielles (ce que l'on regarde) à des informations cognitives/mnésiques (ce que l'on recherche). Ces comportements mobilisent différents processus cognitifs tels que l'attention, la mémoire de travail et la prise de décision. Toutefois, ces processus ne sont que rarement comparés à travers le prisme de l'engagement des ressources cognitives orientées vers un objectif. L'objectif principal de ce travail est donc d'examiner comment cet engagement module l'activité de différentes régions cérébrales impliquées dans la comparaison entre informations sensorielles et cognitives. Pour ce faire, nous avons enregistré simultanément l'activité neuronale dans les aires V4, LIP et PFC de macaques réalisant une version modifiée d'une tâche de type delayed conjunction matching, permettant de manipuler l'engagement cognitif des animaux. Les analyses révèlent une hiérarchie fonctionnelle dans le traitement des informations sensorielles et cognitives : V4 et l'aire LIP encodent l'information sensorielle avant le lPFC, tandis que ce dernier encode l'information cognitive avant l'aire LIP et V4. De plus, le lPFC présente un encodage moins spatial et multidimensionnel, contrairement à V4, qui montre un encodage spécifique au stimulus, et à l'aire LIP, qui intègre les informations sensorielles et cognitives de manière plus stable, au sein de deux sous-espaces orthogonaux — indiquant un traitement indépendant de ces deux types d'information. Ces résultats nous amènent à proposer une hypothèse de travail selon laquelle il existerait deux modes de fonctionnement neuronaux, selon le niveau d'engagement, avec V4 jouant le rôle de relais sensoriel vers les aires de plus haut niveau : lors de la réalisation d'un comportement dirigé vers un but (état actif), l'information est activement stockée dans les circuits récurrents du lPFC, où elle est protégée des interférences visuelles ultérieures. L'engagement cognitif au sein du lPFC renforce alors les représentations sensorielles dans V4 via un feedback descendant, ce qui amplifie l'encodage des informations pertinentes dans l'aire LIP. En revanche, lors d'un engagement passif, l'information sensorielle transite de manière plus passive de V4 vers le lPFC, sans modulation active, et seul un signal faible est transmis à l'aire LIP.
Thesis resume
Detecting a stimulus in a visually complex environment — such as a camouflaged predator or a hidden fruit in a tree — requires comparing sensory information (what we are looking at) with cognitive/mnemonic information (what we are looking for). These behaviors engage several cognitive processes, including attention, working memory, and decision-making. However, these processes are rarely compared through the lens of goal-directed engagement of cognitive resources. The main objective of this work is therefore to examine how such engagement modulates the activity of different brain regions involved in comparing sensory and cognitive information. To this end, we simultaneously recorded neural activity in areas V4, LIP, and lPFC of macaques performing a modified version of a delayed conjunction matching task, designed to manipulate the animals' cognitive engagement. Our analyses reveal a functional hierarchy in the processing of sensory and cognitive information: V4 and LIP encode sensory information before the lPFC, while the lPFC encodes cognitive information before LIP and V4. Moreover, the lPFC exhibits less spatially localized and more multidimensional encoding, in contrast to V4, which shows stimulus-specific encoding, and to LIP, which stably integrates sensory and cognitive information within two orthogonal subspaces — indicating independent processing of these two types of information. These findings lead us to propose a working hypothesis in which two distinct neural modes emerge depending on the level of engagement, with V4 acting as a sensory relay to higher-order areas: During active engagement, information is actively stored within recurrent lPFC circuits, where it is protected from interference by subsequent visual stimuli. Cognitive engagement in the lPFC then enhances sensory representations in V4 through top-down feedback, which in turn amplifies the encoding of task-relevant information in LIP. Conversely, during passive engagement, sensory information is transmitted more passively from V4 to the lPFC, without active modulation, and only a weak signal is transmitted to LIP.