Similar or Different? The Role of the Ventrolateral Prefrontal Cortex in Similarity Detection

Patients with frontal lobe syndrome can exhibit two types of abnormal behaviour when asked to place a banana and an orange in a single category: some patients categorize them at a concrete level (e.g., “both have peel”), while others continue to look for differences between these objects (e.g., “one is yellow, the other is orange”). These observations raise the question of whether abstraction and similarity detection are distinct processes involved in abstract categorization, and that depend on separate areas of the prefrontal cortex (PFC). We designed an original experimental paradigm for a functional magnetic resonance imaging (fMRI) study involving healthy subjects, confirming the existence of two distinct processes relying on different prefrontal areas, and thus explaining the behavioural dissociation in frontal lesion patients. We showed that: 1) Similarity detection involves the anterior ventrolateral PFC bilaterally with a right-left asymmetry: the right anterior ventrolateral PFC is only engaged in detecting physical similarities; 2) Abstraction per se activates the left dorsolateral PFC

ORGANISATION ANATOMO-FONCTIONNELLE DU CORTEX PREFRONTAL LATERAL POUR LA MEMOIRE DE TRAVAIL

Working memory refers to the temporary representation of information that was just experienced. This capacity to represent information allows the emergence of high‐level cognitive functions like planning, reasoning and adaptive goal‐directed behaviours. Working memory is a set of components, specific to the domain of information being processed (visual, verbal) or specific to the type of process to perform (short term maintenance, manipulation, action). Thus, the concept of working memory allows to: 1) formalize and study the link between stimulus and forthcoming action and 2) determine the neural correlates of the different components. Working memory implies a large cerebral network in which the lateral prefrontal cortex plays a key role. Actual theories support a division of this region in different functional sub‐regions. The aim of this work is to clarify: 1) what is the specific role of the lateral prefrontal cortex in the operations linking stimulus to response and 2) how this region is organized in relation to the different components of working memory. In the first part of this work, we developed a cognitive paradigm called ʺthe double delay tasksʺ and coupled with functional MRI. We show that the dorsal part of the lateral prefrontal cortex is specifically involved in preparation of the forthcoming action. Moreover, its involvement in maintenance is load dependant, and probably related to the strategies needed to maintain more information. In the second part, we combined lesion studies and functional MRI studies to determine if the functional organization of the lateral prefrontal cortex is domain‐dependant, process‐dependant or both. We developed a voxel‐based method called AnaCOM to correlate structures to functions. We show that the posterior lateral prefrontal cortex is involved for high levels of processing, and can be divided in sub‐regions. Some sub‐regions are specialized for different domains of information (posterior inferior frontal gyrus is verbally‐oriented and posterior superior frontal sulcus is spatially‐oriented), and others seem cross‐domain and dependant on the level of processing. Taken as a whole, and convergent with other data in the literature, these results argue that: 1) the lateral prefrontal cortex is not a pure maintenance structure, but rather is oriented toward the manipulation of maintained information and their use for the response, and 2) this region is divided in domain‐oriented and non domain‐oriented sub‐regions.La mémoire de travail (MT) est un ensemble de processus cognitifs permettant la mise en représentation mentale d'informations et leur utilisation pour agir. Elle permet l'émergence de fonctions élaborées telles que le raisonnement ou la planification. La MT repose, entre autres, sur les propriétés du cortex préfrontal latéral (CPFL). Les théories actuelles proposent une division de cette structure en différentes régions fonctionnelles, spécifiques soit des informations à traiter (domaine visuel ou verbal) soit du traitement à effectuer (maintien en mémoire, manipulation, action). Ainsi notre objectif est de préciser dans quels processus de MT le CPFL est spécifiquement impliqué et quel est le principe d'organisation fonctionnelle de cette région. Les travaux de cette thèse s'appuient sur une approche multimodale combinant études lésionnelles modernes et IRM fonctionnelle. Les résultats montrent que le CPFL est impliqué dans la manipulation des informations et leur utilisation pour l'action, et que pour cela il est organisé en régions spécialisées pour un domaine d'information et d'autres qui ne le sont pas.Ces résultats posent la question de la connectivité entre ces régions et de son lien avec les fonctions cognitives élaborées

Organisation anatomo-fonctionnelle du cortex préfrontal latéral pour la mémoire de travail

La mémoire de travail (MT) est un ensemble de processus cognitifs permettant la mise en représentation mentale d informations et leur utilisation pour agir. Elle permet l émergence de fonctions élaborées telles que le raisonnement ou la planification. La MT repose, entre autres, sur les propriétés du cortex préfrontal latéral (CPFL). Les théories actuelles proposent une division de cette structure en différentes régions fonctionnelles, spécifiques soit des informations à traiter (domaine visuel ou verbal) soit du traitement à effectuer (maintien en mémoire, manipulation, action). Ainsi notre objectif est de préciser dans quels processus de MT le CPFL est spécifiquement impliqué et quel est le principe d organisation fonctionnelle de cette région. Les travaux de cette thèse s appuient sur une approche multimodale combinant études lésionnelles modernes et IRM fonctionnelle. Les résultats montrent que le CPFL est impliqué dans la manipulation des informations et leur utilisation pour l action, et que pour cela il est organisé en régions spécialisées pour un domaine d information et d autres qui ne le sont pas.Ces résultats posent la question de la connectivité entre ces régions et de son lien avec les fonctions cognitives élaborées.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

La mémoire de travail (dissociation en IRM fonctionnelle des réseaux cérébraux de maintien des informations et d'organisation de la réponse)

PARIS6-Bibl.Pitié-Salpêtrie (751132101) / SudocPARIS-BIUM (751062103) / SudocSudocFranceF

Rôle du cortex préfrontal dans l’adaptation comportementale chez l’homme

L’adaptation du comportement humain aux situations nouvelles ou complexes dépend des propriétés anatomiques, physiologiques et fonctionnelles du cortex préfrontal (CPF) et de ses interactions avec d’autres régions. Ces propriétés permettent de distinguer deux régions principales : la région latérale et la région ventrale, dont les atteintes chez l’homme donnent lieu à des syndromes cliniques distincts. Un des enjeux de la recherche scientifique est de mieux comprendre comment sont organisés, au sein de ces régions, les systèmes fonctionnels de traitement de l’information et d’adaptation de la réponse comportementale

Cartographie fonctionnelle du cortex préfrontal en chirurgie cérébrale éveillée (étude préliminaire appliquée au raisonnement par analogie)

Le raisonnement par analogie peut être défini comme la capacité de trouver des similitudes, des correspondances entre des représentations mentales différentes. Il permet de faire face à de nouvelles situations ou à de nouveaux problèmes en utilisant son expérience de situations passées analogues, ou de comprendre de nouveaux concepts. Son étude en psychologie expérimentale démontre qu'il est essentiel dans l'apprentissage, le raisonnement, la pensée abstraite, et l'intelligence fluide . En neuroimagerie fonctionnelle, les tâches d'analogie sont associées à la partie la plus antérieure du cortex préfrontal (CPF) : le CPF rostral ou pôle frontal. Les fonctions frontales ont une importance majeure pour l'autonomie et la qualité de vie de tout individu. En conséquence, elles doivent être au maximum préservées, notamment lors des chirurgies cérébrales. La chirurgie cérébrale en condition éveillée permet, par la méthode de cartographie cérébrale par stimulation électrique, d'identifier et d'épargner certaines régions cérébrales considérées comme fonctionnellement indispensables. Cependant, nous ne disposons pas pour le moment d'outils d'évaluation validés des fonctions frontales en peropératoire. L'objectif de ce travail est de créer des outils destinés à la technique de cartographie cérébrale, visant à évaluer et préserver une fonction frontale particulière : le raisonnement par analogie. Pour cela, nous avons élaboré de nouvelles tâches d'analogies adaptées aux contraintes de cette technique. Le pilotage de ces tâches chez le sujet sain démontre leur faisabilité. Nous avons également déterminé une cible de stimulation cérébrale au moyen d'une méta-analyse quantitative incluant vingt-et-une études d'analogie en IRM fonctionnelle. Celle-ci a identifié un seul cluster d'activation au sein du cortex préfrontal rostral gauche (aire 10 de Brodmann). Enfin nous avons appliqué ces deux nouveaux outils en situation réelle, chez un patient opéré d'une tumeur cérébrale en condition éveillée. Il a réalisé le testing pré et peropératoire et nous avons localisé la cible de stimulation sur son IRM par une méthode de normalisation-dénormalisation. Nous avons donc mis en place les étapes méthodologiques qui permettront débuter l'inclusion de patients dans notre protocole d'étude du raisonnement par analogie par cartographie peropératoire du CPF rostral, lors de la chirurgie cérébrale éveillée.POITIERS-BU Médecine pharmacie (861942103) / SudocSudocFranceF

Male fertility: Is spermiogenesis the critical step for answering biomedical issues?

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