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Par Jean-François Dars & Anne Papillault

photo André Kertész

ÉQUATIONS HUMAINES / HUMAN EQUATIONS

Une approche mathématique du syndrome d’Oblomov…

A mathematical approach to the Oblomov’s syndrome…

Lionel Rigoux
30 Juin, 2015
Tapuscrit...

Lionel Rigoux – Notre comportement est le fruit de l’interaction entre notre perception, notre mémoire, nos ressentis, nos émotions, et chaque action que nous prenons est le résultat d’un équilibre entre ce que nous voyons du monde, ce que nous savons de lui et de ce dont nous avons envie à n’importe quel moment. Si nous voulons comprendre les pathologies mentales comme la schizophrénie, la dépression, ou certains symptômes comme on peut en voir dans la maladie de Parkinson, nous devons arriver à identifier les mécanismes qui sont en jeu lors de la prise de décision et comment est-ce que ces mécanismes sont construits par le cerveau et par notre biologie. Le cerveau est une machine extrêmement complexe, une espèce de super-ordinateur… Mais qu’on ne peut pas observer directement. Il faut qu’on essaie de deviner comment cette mécanique fonctionne, sans avoir le droit de démonter la machine. C’est comme essayer de trouver comment réparer une voiture alors qu’on a le droit seulement d’écouter le moteur et pas d’ouvrir le capot. Nous pouvons demander à des gens de saisir une poignée et d’appuyer sur cette poignée le plus fort possible pour essayer de gagner, par exemple, un petit peu d’argent. On pourra alors mesurer à quelle force la personne appuie et mesurer quel est le compromis qu’elle fait entre la force et les récompenses qu’elle peut obtenir. Ensuite nous combinons tout ça et nous pouvons obtenir, avec un ensemble d’équations, le lien entre l’état interne de la personne, son profil psychologique et le comportement qu’elle produit.

Pour cela, une des premières choses, c’est de refaire passer la même expérience à notre sujet, mais ce coup-ci en le mettant à l’intérieur d’une IRM, c’est-à-dire une machine à imagerie par résonance magnétique fonctionnelle. Cette machine permet de mesurer l’activité du cerveau de cette personne-là au moment où elle réalise la tâche. Et ce qu’on essaie de comprendre, c’est qu’est-ce qui fait que à un moment donné, l’envie que l’on a de réaliser quelque chose va effectivement être transformé en action. On va commencer à faire fonctionner nos jambes, nous lever, partir loin, se mettre à courir dans certains cas, est-ce que en fonction des urgences, des situations, du contexte, on va prendre ces décisions-là. Et en permanence nous décidons de ceci. Et un trouble de la motivation, c’est ça, c’est l’absence d’action, c’est le manque d’énergie, c’est des mouvements très lents, par exemple, c’est une incapacité finalement à adapter notre comportement à notre environnement, ce qui est le problème, la souffrance que nous rapportent les gens, aussi.

Alors je travaille en collaboration étroite avec des médecins, avec des neurologues ou des psychiatres, l’idée c’est de mettre en correspondance leurs intuitions cliniques avec une certaine connaissance mathématique. C’est d’arriver à écrire les bonnes équations ! Les équations qui décrivent l’humain. Par exemple on peut penser que le fait que les mouvements soient lents, dans la maladie de Parkinson, ce n’est pas un problème moteur, c’est un problème de motivation. Cette intuition, qui est souvent très proche de ce qui a été observé, il faut arriver à la tester. Et pour la tester, il faut arriver à la formaliser. Ce qu’on essaie de construire, ce n’est pas une théorie de la normalité du cerveau. Surtout pas ! On essaie de trouver comment les choses sont liées, comment est-ce que cette biologie extrêmement compliquée du système nerveux central peut arriver à créer quelque chose d’aussi complexe que le comportement humain dans toute sa variabilité, dans toute sa variété. Et les mathématiques peuvent nous aider là-dedans.

3 min 40 sec

Transcript...

Lionel Rigoux – Our behavior is the product of the interaction between our perceptions, our memory, our feelings, our emotions, and every action we take is the result of an equilibrium between what we perceive of the world, what we know about it, and our desires at any moment. If we want to understand mental pathologies like schizophrenia, depression, or some symptoms like those we see in Parkinson’s disease, we need to identify the mechanisms at play during decision-making and how those mechanisms are implemented by our brain and our biology. The brain is an extremely complex machine, a sort of super-computer… but we can’t observe it directly. We have to try and guess how its mechanisms work, without being able to dismantle the machine. It’s like trying to figure out how to repair a car while you’re only allowed to listen to the engine and not to open the hood. We can ask some people to grab a handle and squeeze that handle as hard as possible to try and win, for example, a small amount of money. We can then measure the force the person squeezes and measure what is the trade off they’re doing between the force and the rewards they can obtain. Then we combine all of this to get, with a set of equations, a link between the internal state of the person, their psychological profile, and the behavior they produce.

To accomplish this, one of the first things is to make our participant redo the same experiment, but this time while putting them inside an MRI, i.e. a magnetic resonance imaging machine. This machine allows the measure of the brain activity of that person at the very moment they’re performing the task. And what we try to understand is what leads up to the moment when our desire to do something is transformed into an action. That moment when we will make our legs work, stand-up, travel far away, start to run in some cases. This transformation is a combination of the time constraints, the situations, the context, surrounding that moment when we make those decisions. And we continuously make such decisions. And a deficit of motivation is this: it’s the absence of action, it’s a lack of energy, it’s slow movements for example, it’s an incapacity, actually, to adapt the behavior to the environment, which is the problem, the difficulty that people report to us.

So I work in close collaboration with physicians, with neurologists or psychiatrists, the idea being to match their clinical intuitions to a particular mathematical know-how. It’s trying to write the correct equations; the equations that describe the human. For example we can think that the fact that movements are slow in Parkinson’s disease, it’s not a motor problem, it’s a problem of motivation. This intuition, often very close to what has been observed, has to be tested. And to test it, we need to formalize it. And what we try to build it’s not a theory of brain “normality”. Definitely not! We try to find how things are linked, how the extremely complicated biology that is the central nervous system manages to create something as elaborate as human behavior in all its variability, in all its variety. And mathematics can help us here.

3 min 40 sec

Informaticien, après une thèse à l’Institut des Systèmes intelligents et de Robotique et un post-doctorat à l’Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (Pitié-Salpêtrière), actuellement à l’Institut Max Planck pour la Recherche sur le Métabolisme de Cologne, Lionel Rigoux met en équations la redoutable complexité des comportements humains les plus simples, traquant l’universel dans le pathologique à travers les troubles de la motivation. De clichés IRM en courbes esquissées au tableau, le cerveau vivant ainsi interrogé laisse entrevoir l’ombre des mécanismes en vertu desquels on décide à chaque instant aussi bien d’entreprendre que de différer ou de s’abstenir : en d’autres termes, les lois biologiques de l’action.

Lionel Rigoux is a computer scientist. After defending his doctoral thesis at the Institute for Intelligent Systems and Robotics, he started a post-doc at the Brain and Spine Institute and is now a fellow at the Max Planck Institute for Metabolism Research in Cologne. Lionel Rigoux translates to equations the formidable complexity of the simplest human behaviors, tracking down the universal in the pathological through the lens of deficits in motivation. From MRI images, to curves sketched on the blackboard, questioning the living brain reveals the outlines of the mechanisms that allow us to decide at any moment either to act or to defer: in other words, the biological laws of action.