Cortical architecture of cognitive control in humans
L'architecture corticale du contrôle cognitif chez l'Homme
Abstract
Cognitive control is defined as the function that guides action selection according to our goals and external events. In this work, we used functional magnetic resonance imaging (fMRI) to study the neural bases of cognitive control in humans. In a first study, we show that there exist three hierarchical levels of cognitive control : sensory control, exerted by the premotor cortex, selects actions according to stimuli ; contextual control, exerted by the posterior lateral prefrontal cortex (LPFC), selects sensorimotor associations (i.e., task-sets) according to the immediate context in wich stimuli occur ; episodic control, exerted by the anterior LPFC, selects task-sets and responses according to past events. In a second study, we show that sensory, contextual and episodic control are also involved in preparatory selection of actions, and engage respectively the same regions as during execution. In a third study, we show that each lateral frontal region engaged in cognitive control admits a functionnally homologous region in the parietal cortex. This property however, is not reciprocal: we reveal a specific region in the parietal cortex which appear to be involved in computing, but not selecting, the set of possible responses associated with perceived stimuli. Moreover, unlike lateral frontal regions, these parietal homologues do not show a hierarchical organisation. Thus, experimental results support a global model of cognitive control organisation in the cerebral cortex.
Le contrôle cognitif est défini comme l'ensemble des processus guidant la sélection de nos actions en fonction de nos buts et des événements externes. Ce travail étudie les bases neurales du contrôle cognitif chez l'humain au moyen de l'imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle (IRMf). Dans une première étude, nous montrons qu'il existe trois niveaux hiérarchiques du contrôle cognitif : le contrôle sensoriel, exercé par le cortex prémoteur, sélectionne les actions en fonction des stimuli ; le contrôle contextuel, exercé par le cortex préfrontal latéral (CPFL) postérieur, sélectionne les associations sensorimotrices (les tâches) en fonction du contexte immédiat des stimuli ; le contrôle épisodique, exercé par le CPFL antérieur, sélectionne les tâches et les réponses en fonction des événements passés. Dans une deuxième étude, nous montrons que les contrôles sensoriel, contextuel et épisodique interviennent également dans la sélection préparatoire des actions, et engagent alors respectivement les mêmes régions qui sont engagées au moment de l'exécution. Dans une troisième étude, nous montrons que chaque région du cortex frontal latéral possède une homologue fonctionnelle dans le cortex pariétal. La réciproque n'est toutefois pas vérifiée : nous révélons une région pariétale spécifique qui serait impliquée dans le calcul, et non dans la sélection des réponses possibles associées aux stimuli perçus. En outre, alors que les régions frontales présentent une organisation hiérarchique, les régions pariétales présentent une architecture parallèle. Nos résultats expérimentaux supportent ainsi un modèle global de l'organisation du contrôle cognitif dans le cortex cérébral.