Erreurs de prédiction
Vue d'ensemble

Vue d'ensemble des erreurs de prédictions

Le comportement adaptatif nécessite de prédire les stimuli ou les actions associés à des résultats de surprise, i.e. événement inattendu, i.e. saillance, et/ou de valeur, i.e. valence positive ou négative, qui peuvent être précieux pour aider la mémoire à guider le comportement en déclenchant des ajustements.

1. Des violations surprenantes de ces prédictions, i.e. les erreurs de prédiction (PE) sont utilisées pour apprendre et mettre à jour ces associations (The Dopamine Prediction Error: Contributions to Associative Models of Reward Learning 2017).

2. En outre, la valeur scalaire des RPE possède à la fois (Signed and unsigned reward prediction errors dynamically enhance learning and memory 2021).

• une valence signée, i.e. meilleure ou pire que prévu ?, qui renforce le comportement d'approche ou d'évitement, on parle d' erreurs de prédiction des récompenses (RPE, Reward Prediction Error),
• une valence non signée ou saillance, i.e. ampleur absolue ou surprise totale qui stimule la motivation, l'éveil et la préparation motrice.

Aires cérébrales des erreurs de prédictions

Les erreurs de prédictions (PE) apparaissent dans de nombreuses régions cérébrales, i.e. le codage des PE est une stratégie générale de codage neuronal.

1. D'une part, les RPE (Reward Prediction Error) sont présentes dans les circuits sous-corticaux en particulier dopaminergiques, comme dans l'aire tegmentale ventrale (VTA) et le striatum.

2. D'autre part, le cortex préfrontal dorsomédial (dmPFC) et l'insula (INS ou I) sont deux régions cérébrales clés qui répondent à la fois à la valence et à la saillance du RPE (Separate neural representations of prediction error valence and surprise: Evidence from an fMRI meta‐analysis 2018 avec de nombreux tableaux explicatifs).

a. Les régions composant le cortex préfrontal dorsomédial (dmPFC) sont variables suivant les auteurs et désigne 

• le cortex cingulaire médial antérieur (aMCC), et le plus souvent,
• la pré-SMA (pre-Supplementary Motor Area), la SMA adjacente,
• le pMCC.

b. La magnétoencephalography (MEG) a suggéré une implication supplémentaire du cortex cingulaire postérieur (PCC).

3. Ces zones ont de fortes connexions anatomiques et fonctionnelles et forment ensemble le réseau de saillance (SN) et le réseau de contrôle cingulo-operculaire (CON) qui sont impliqués dans le suivi des performances et l'intégration du feedback pour ajuster le contrôle cognitif (Separable responses to error, ambiguity, and reaction time in cingulo-opercular task control region 2014 et Control Networks and Hubs 2018).

4. Cependant, des rapports contradictoires liant l'activité du dmPFC et de l'INS à une gamme diversifiée de signaux RPE signés et non signés ont alimenté de multiples propositions théoriques sur leur rôle dans l'apprentissage par récompense et le contrôle cognitif (Asymmetric coding of reward prediction errors in human insula and dorsomedial prefrontal cortex 2023).

Différentes erreurs de prédiction (PE)

PE sans rétroaction

On pense que la négativité liée à l'erreur (ERN, Error-Related Negativity), résulte d'erreurs de prédiction (PE) basées sur la dopamine permettant un comportement adaptatif flexible en déclenchant des ajustements comportementaux à court terme, i.e. dans des tâches à temps de réaction accéléré, dans lesquelles les stimuli transmettent généralement les informations nécessaires pour déterminer sans équivoque la réponse correcte (Trial-by-Trial Coupling of Concurrent Electroencephalogram and Functional Magnetic Resonance Imaging Identifies the Dynamics of Performance Monitoring 2005).

Dans ce cas, les erreurs peuvent être détectées sans rétroaction externe.

1. Ainsi, la PE est supposée être plus spécifiquement impliquée :

• dans le traitement affectif conscient des erreurs (Neural mechanisms an dtemporal dynamics of performance monitoring 2014),
• et/ou la confiance subjective de ses actions (Shared Neural Markers of Decision Confidence and Error Detection 2015).

2. Chez les sujets et les patients âgés, une négativité similaire à l'ERN, généralement de plus petite amplitude, est souvent observée, la négativité liée à la correction ou CRN.

PE avec rétroaction

Par contre, dans de nombreuses situations, la sélection des actions peut être incertaine et les erreurs ne peuvent être détectées que sur la base d'informations externes sur le résultat de l'action fournies par les systèmes sensoriels.

1. La négativité liée à la rétroaction (FRN), qui correspond à une déviation négative fronto-centrale, est modulée avec une pondération différente des deux facteurs selon les tâches :

• par la surprise, i.e. par la différence entre le résultat d'action prévu et obtenu (Surprise and Error: Common Neuronal Architecture for the Processing of Errors and Novelty 2012),
• par la prédiction, i.e. si l'attention est dirigée vers les informations utilitaires (gain/perte) ou de performance (erreur/correct) (Learning from experience: Event-related potential correlates of reward processing, neural adaptation, and behavioral choice 2012 et

3. L'amplitude de la FRN serait maximale pour les actions motrices volontaires : l'étude suivante comparant l'activité EEG provoquée par des résultats réels (récompense/punition) et par des résultats fictifs (basés sur des commentaires indiquant ce qui se serait passé si l'on avait décidé différemment) a révélé une double dissociation (Real and Fictive Outcomes Are Processed Differently but Converge on a Common Adaptive Mechanism 2013).

PE " non signées " et PE " signées "

On peut classer les erreurs de prédictions (PE) :

• les PE non signées, i.e. PE perceptives et PE cognitives,
• les PE signées, i.e. PE motivationnelles.

PE " non signées "

Les PE doivent mesurer la force, i.e. le degré de surprise par rapport à un résultat particulier : on parle alors de PE " non signées ", i.e. non signed (Signed and unsigned reward prediction errors dynamically enhance learning and memory 2021)

Ces PE sont exprimées comme l'amplitude absolue de la PE (Trial-by-Trial Fluctuations in the Event-Related Electroencephalogram Reflect Dynamic Changes in the Degree of Surprise 2008).

PE " signées "

Les PE motivationnelles doivent non seulement mesurer la force, mais aussi la valence de la surprise, i.e. la PE doit déterminer si le résultat a été meilleur (+) ou pire (-) que prévu : on parle de PE " signées " (signed).

Classifications des erreurs de prédictions

On peut classer les erreurs de prédictions (PE) en trois catégories :

• les PE perceptives,
• les PE cognitives,
• les PE motivationnelles.