Functional role and top-down control of alpha oscillations

Abstract

L'être humain évolue dans un environnement complexe. À chaque instant de la journée, le cerveau traite un grand nombre d'informations qui nous permettent de prendre des décisions. Les informations à prendre en compte peuvent être externes, c'est-à-dire issues de l'environnement et transmises au cerveau par nos sens, ou internes. Que nous nous concentrions sur les informations externes ou internes, ignorer les informations non pertinentes pourrait être aussi important que d'optimiser le traitement des informations pertinentes. L'objectif principal de cette thèse était de déterminer le mécanisme neuronal qui sous-tend ce processus. Il a été proposé que les oscillations alpha (7-14Hz) soient associées à l'inhibition fonctionnelle et qu'en tant que telles, elles mettent en œuvre la suppression du traitement des informations non pertinentes. Cependant, il existe un débat dans la littérature et le rôle des oscillations alpha dans la protection des processus perceptifs et de plus haut niveau contre les distracteurs n'est pas clair. Nous avons utilisé la magnétoencéphalographie (MEG) pour approfondir cette question. Dans la première étude (chapitre 1), utilisant une tâche de Stroop, nous n'avons pas reproduit l'effet Stoop. Par conséquent, nous n'avons pas trouvé d'oscillations alpha plus élevées dans les régions sensorielles traitant les distracteurs. Nous avons cependant observé des modulations sur le réseau d'attention ventral (VAN) et le réseau du mode par défaut (DMN). Ces deux réseaux ont été respectivement associés à la capture de l'attention par des informations externes et à la concentration interne, et il a été démontré qu'ils sont inhibés pendant les tâches orientées vers un but. En accord avec un rôle inhibiteur des oscillations alpha (et des fréquences plus élevées), nous avons trouvé des oscillations alpha/bêta plus élevées dans ces réseaux pendant la tâche Stroop. Dans notre deuxième étude (chapitre 2), nous avons conçu une tâche plus difficile comprenant des distracteurs à forte saillance, à savoir une tâche Stroop visage/nom. En accord avec un rôle inhibiteur de l'alpha, nous avons observé des oscillations alpha plus élevées sur des régions visuelles élevées, notamment l'aire visuelle des mots (VWFA), lorsque les participants devaient ignorer des noms. Dans notre dernière étude (chapitre 3), nous avons utilisé une tâche de raisonnement nécessitant de surmonter un biais perceptif, c'est-à-dire d'inhiber le cortex visuel. Nous avons montré des oscillations alpha plus élevées sur le cortex temporal gauche et le VAN lorsque les participants devaient surmonter un tel biais. Dans l'ensemble, ces résultats indiquent que les oscillations alpha (mais aussi bêta) pourraient mettre en œuvre l'inhibition fonctionnelle dans un réseau étendu, mais que leur modulation dans les zones sensorielles pourrait dépendre de paramètres de la tâche tels que la difficulté de la tâche ou la saillance du distracteur.Humans evolve in a complex environment. At each moment of a day, the brain processes a lot of information allowing us to make decisions. Information to consider can be external, i.e., from the environment and transmitted to the brain through our senses, or internal. Whether we focus on external or internal information, ignoring irrelevant information might be as important as optimizing the processing of relevant information. The main goal of this thesis was to determine the neural mechanism underlying this process. Alpha oscillations (7-14Hz) have been proposed to be associated with functional inhibition and as such to implement the suppression of the processing of irrelevant information. However, there is a debate in the literature and the role of alpha oscillations in protecting perceptual and higher-level processes from distractors is unclear. We used magnetoencephalography (MEG) to further investigate this question. In the first study (chapter 1), using a Stroop task, we did not replicate the Stoop effect. Accordingly, we did not find higher alpha oscillations over sensory regions processing the distractors. We however we observed modulations over the ventral attention network (VAN) and the default mode network (DMN). These two networks have been respectively associated with attention capture by external information and internal focus and shown to be inhibited during goal-driven tasks. In line with an inhibitory role of alpha oscillations (and higher frequencies), we found higher alpha/beta oscillations in these networks during the Stroop task. In our second study (chapter 2), we designed a more challenging task including high salience distractors, namely a face/name Stroop task. In line with an inhibitory role of alpha, we observed higher alpha oscillations over high visual regions, namely the visual word form area (VWFA), when participants had to ignore names. In our last study (chapter 3), we used a reasoning task requiring to overcome a perceptual bias, i.e., to inhibit the visual cortex. We showed higher alpha oscillations over the left temporal cortex and the VAN when participants had to overcome such bias. Overall, these results indicate that alpha (but also beta) oscillations might implement functional inhibition in a widespread network but their modulation in sensory areas might rely on task parameters such as task difficulty or distractor salience