Cortex préfrontal: Anatomie, fonctions et troubles associés

Le cortex préfrontal, également appelé cortex préfrontal, est une région du cerveau située dans la partie antérieure des lobes frontaux.

Plus précisément, cette structure est située devant les aires motrices et pré-motrices du cortex frontal, ce qui crée une région de base pour la planification de comportements élaborés de manière cognitive.

Des recherches récentes ont établi un lien entre le cortex préfrontal et des activités telles que l'expression de la personnalité, les processus décisionnels et l'adéquation du comportement social à chaque instant.

Ainsi, cette région du cerveau est l’une des structures de base qui déterminent les qualités du comportement humain, ainsi que l’exécution des activités les plus complexes.

Dans cet article, nous passons en revue les principales caractéristiques du cortex préfrontal. Les principales théories sur cette région du cerveau sont discutées, ainsi que les activités réalisées et les troubles associés.

Caractéristiques du cortex préfrontal

Le cortex préfrontal (PFC) est une région du cerveau qui représente environ 30% du cortex cérébral.

Cette structure est située dans la région frontale du cerveau, c'est-à-dire dans la zone située sur le front et constitue la partie antérieure des lobes frontaux du cerveau.

Plus précisément, le PFC est juste devant deux autres zones importantes du lobe frontal: le cortex moteur et le cortex pré-moteur.

Actuellement, il existe trois manières principales de définir le cortex préfrontal. Ceux-ci sont:

1. Comme le cortex frontal granulaire.
2. Comme la zone de projection du noyau mi-dorsal du thalamus.
3. Comme la partie du cortex frontal dont la stimulation électrique ne provoque pas de mouvements.

Le CPF peut être distingué d'autres zones du lobe frontal par sa composition cellulaire, son innervation dopaminergique et ses afférences thalamiques. De cette manière, elle constitue aujourd'hui une région bien établie et délimitée.

Selon la plupart des auteurs, tels que Miller et Cohen, le cortex préfrontal est la région la plus élaborée chez les primates, animaux connus pour leur répertoire comportemental varié et flexible.

Ainsi, le CPF constitue un ensemble de zones néocorticales qui envoient et reçoivent des projections de pratiquement tous les systèmes corticaux sensoriels, systèmes moteurs et de nombreuses structures sous-corticales, et constitue une région de base pour le développement du comportement et de la personnalité.

En ce sens, Miller et Cohen ont déterminé que le PCF n'est pas une structure essentielle pour la performance de comportements simples ou automatiques, qui ne se généralisent pas à de nouvelles situations.

Au contraire, le cortex préfrontal est important dans les activités nécessitant un traitement descendant, c'est-à-dire lorsque le comportement doit être guidé par des états internes ou lorsqu'il est nécessaire d'utiliser des éléments sociaux et environnementaux qui déterminent le comportement.

Anatomie

La CPF a été définie à travers sa cytoarchitecture par la présence d'une couche granulaire qui correspond à la quatrième couche du cortex cérébral.

À l'heure actuelle, on ne sait pas très bien qui a été le premier à utiliser ce critère de distinction du cortex préfrontal. De nombreux chercheurs pionniers en cytoarchitecture cérébrale ont limité le terme préfrontal à une région beaucoup plus petite.

Cependant, en 1935, Carlyle Jacobsen a utilisé le terme CPF pour différencier les zones granulaires préfrontales des zones motrices et pré-motrices non granulaires du lobe frontal.

Dans la terminologie des zones de Brodmann, le cortex préfrontal comprend les zones 8, 9, 10, 11, 44, 45, 46 et 47, ce qui donne une très grande région avec un grand nombre de structures à l'intérieur.

Selon les travaux de Rose et Woolsey, le PCF se distingue par le fait qu’il s’agit d’une zone de projection des noyaux de thalamus. Ces auteurs ont démontré que chez les animaux non-primates (qui ne possèdent pas de FPC), ces structures sont projetées vers différentes régions. Plus précisément, vers les zones antérieure et ventrale.

En outre, des études ont montré que les projections du noyau médiodorsal du thalamus ne se limitaient pas au PFC chez les primates, mais pouvaient également se rendre dans d'autres structures cérébrales.

Enfin, aujourd'hui, le CPF est également appelé cette région du cortex frontal dont la stimulation électrique ne provoque pas de mouvements observables. Cependant, cette définition est sujette à controverse car l’absence de mouvements observables après une stimulation électrique peut également être observée dans les régions non granulaires du cortex.

Fonctions

Le cortex préfrontal est une structure fortement interconnectée avec une grande partie du cerveau. À l'intérieur, vous pouvez voir des liens abondants avec d'autres régions, à la fois corticales et sub-corticales.

En ce sens, le cortex préfrontal dorsal est particulièrement interconnecté avec les régions du cerveau impliquées dans des processus tels que l'attention, la cognition et l'action. En revanche, le cortex préfrontal ventral s’interconnecte avec les structures cérébrales liées aux processus émotionnels et associées à ces processus.

Enfin, il convient de garder à l’esprit que le PCF reçoit des informations des systèmes d’éveil du tronc cérébral et que sa fonction est particulièrement dépendante de son environnement neurochimique.

Plus généralement, il existe actuellement un fort consensus scientifique pour établir que le cortex préfrontal est une région du cerveau principalement impliquée dans la planification de comportements cognitivement complexes.

Ce type de fonctions implique la réalisation d'activités telles que l'expression de la personnalité, le développement de processus décisionnels ou l'adaptation du comportement aux situations sociales se produisant à chaque instant.

Ainsi, le PCF est une région fondamentale pour la coordination des pensées et des actions conformément aux objectifs internes et aux connaissances acquises.

En ce sens, pour déterminer la fonctionnalité du cortex préfrontal, le terme médical de fonction exécutive a été développé. Ce type de fonction fait référence à la capacité d'établir des distinctions entre des pensées contradictoires, de porter des jugements moraux, de prédire les conséquences, etc.

Cortex pré-frontal et fonctions exécutives

À travers les études initiales de Fuster et Goldman-Rakic, le terme de fonction exécutive a été élaboré pour donner un nom à la capacité et à l’activité que développe le cortex préfrontal.

La fonction exécutive renvoie donc à la capacité de représenter une information qui n’est pas présente dans l’environnement à un moment donné, ainsi qu’à la création d’un "cahier mental".

Ainsi, sous le concept de fonction exécutive du cortex préfrontal, on trouve le développement de réponses cognitives à des problèmes complexes ou difficiles à résoudre.

En ce sens, les études en cours suggèrent que, dans le PCF, les expériences passées sont représentées pour les appliquer au présent et ainsi guider la prise de décision.

En général, grâce à cette fonction, le cortex préfrontal serait la structure du cerveau qui donnerait aux gens la capacité de raisonner et d’utiliser les connaissances et l’expérience du passé pour moduler le comportement.

Plus concrètement, le travail de Goldman-Rakin décrit ce type de fonction comme la manière dont la connaissance de la représentation peut être utilisée pour guider intelligemment des pensées, des actions et des émotions.

Les fonctions exécutives constitueraient un processus qui aboutirait à la capacité d'inhiber les pensées, les comportements et les sensations jugés inappropriés.

Théories des fonctions exécutives

À l'heure actuelle, de nombreuses théories tentent d'expliquer le fonctionnement concret de cette activité désamorcée par le PCF.

L'un d'eux postule que la mémoire de travail serait un élément fondamental du processus d'attention et d'inhibition du comportement.

Plus précisément, la mémoire de travail permet de conserver les nouvelles informations capturées et de les conserver quelques secondes dans l'esprit de la personne. L'adaptation de ces informations avec des connaissances préalables pourrait être le processus qui donnerait lieu aux fonctions exécutives et déterminerait l'activité du PCF.

De son côté, Shimamura a proposé la théorie du filtrage dynamique pour décrire le rôle du cortex préfrontal dans les fonctions exécutives.

Dans cette théorie, il est postulé que le CPF agirait comme un mécanisme de filtrage de haut niveau qui favoriserait les activations orientées vers les objectifs et inhiberait les activations qui pourraient ne pas être pertinentes.

Enfin, Miller et Cohen ont proposé une théorie intégrative du fonctionnement du cortex préfrontal. Dans cette théorie, il est théorisé que le contrôle cognitif découle du maintien actif de modèles d'activité dans le PCF, qui visent à créer des représentations des objectifs à atteindre et des moyens nécessaires pour l'atteindre.

Activité du PCF

Actuellement, de nombreuses théories tentent de définir le fonctionnement du PCF par le biais de fonctions exécutives.

En ce sens, le cortex préfrontal est une région fonctionnellement très difficile à analyser et à étudier car il possède de multiples connexions avec pratiquement toutes les structures du cerveau.

Cependant, au-delà du mécanisme qui peut être présenté, le type d’activités menées est bien décrit.

Comme mentionné précédemment, l'activité du PCF relève de ce que l'on appelle les fonctions exécutives et se caractérise par les actions suivantes:

1. Développement des capacités pour formuler des objectifs et concevoir des plans.
2. Développement des facultés impliquées dans la planification des processus et des stratégies visant à atteindre les objectifs.
3. Exécution des compétences impliquées dans l'exécution des plans.
4. Reconnaissance des résultats obtenus grâce à la conduite et de la nécessité de modifier l’activité, de l’arrêter et de générer de nouveaux plans d’action.
5. Inhibition de réponses inadéquates.
6. Processus de sélection des comportements et de leur organisation dans l'espace et dans le temps.
7. Développement de la flexibilité cognitive dans le suivi des stratégies.
8. Supervision des comportements basés sur des états motivationnels et affectifs.
9. Supervision des comportements en fonction des particularités du contexte à chaque instant.
10. Prise de décisions.

Dommages au CPF

La première découverte concernant des lésions du cortex préfrontal repose sur la documentation du cas célèbre de Phineas Gage, un cheminot qui, après un accident, a subi une grave blessure au lobe frontal du cerveau.

Phineas a pu conserver ses capacités de mémoire, de parole et de motricité par le biais des lésions cérébrales dont souffrait profondément le PCF. Cependant, ses traits de personnalité ont radicalement changé après l'accident.

En fait, les dommages subis par le cortex préfrontal le rendaient irritable, impatient et présentaient de graves déficits dans les relations sociales et interpersonnelles.

Par la suite, d'autres études menées auprès de patients atteints de lésions préfrontales ont montré que les personnes sont capables de verbaliser correctement le comportement social le plus approprié dans certaines circonstances.

Bien qu'ils soient capables de raisonner correctement le comportement à suivre, ils ont en pratique des difficultés à exécuter ces comportements. En fait, dans la vie de tous les jours, ils ont tendance à commettre des actes entraînant une gratification immédiate, même s'ils connaissent les conséquences négatives pouvant en résulter pour le long terme.

Troubles associés

Les données recueillies sur les effets des dommages directs sur les PFC indiquent que cette région du cerveau est non seulement liée à la capacité de comprendre les conséquences à long terme, mais également à la capacité mentale de retarder la satisfaction immédiate.

En ce sens, il existe aujourd'hui une littérature abondante visant à améliorer la compréhension du rôle du cortex préfrontal dans différents troubles neurologiques, tels que la schizophrénie, le trouble bipolaire ou le trouble d'hyperactivité avec déficit de l'attention.

Ces trois psychopathologies ont été liées à un certain dysfonctionnement du cortex cérébral, ce qui pourrait motiver l'apparition d'altérations comportementales chez l'homme.

De même, des essais cliniques de pharmacothérapie ont maintenant commencé, qui ont montré que certains médicaments, tels que la guanfacine, améliorent la fonction du cortex préfrontal.

Enfin, il est postulé que d'autres conditions pathologiques telles que la dépression, les réactions de stress élevé, les comportements et les tentatives de suicide, les sociopathies ou la toxicomanie pourraient également être liés au fonctionnement du PFC.

Cependant, les preuves scientifiques concernant ces hypothèses sont limitées et des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer le rôle du PFC dans ce type d'altérations psychopathologiques.