Contributions of the fronto-striatal network to executive functions: transcranial magnetic stimulation-positron emission tomography studies

One of the important processes involved in working memory is the monitoring of information held in memory. Monitoring refers to the tracking of different events that may have occurred at different times or places in order to make a decision or perform an action. It is required at times when executive tasks are involved, such as set-shifting tests. Indeed, in order to perform a set-shift, one often needs to keep track of the remaining available rules. Recently, fMRI studies have demonstrated that the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) plays an important role in the monitoring of information held in working memory. However, imaging studies can only provide neuronal correlates of cognitive performance, without establishing their causal relations. Here we assessed the role of the right DLPFC in monitoring using repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to disrupt on-going processes within a given cortical region. When rTMS was applied to the right DLPFC during feedback reception on their previous response, the subjects' WCST performance deteriorated. This was not the case when rTMS was applied during other stages of executive processing. This result is consistent with the proposed role of the right DLPFC in the monitoring of events in working memory. Second, we investigated the functional role of the left DLPFC during set-shifting, and its modulatory effect on the striatal dopaminergic system. We applied continuous theta burst stimulation, a newly proposed rTMS methodology, to the left and right DLPFC while subjects underwent positron emission tomography (PET) with [11C]raclopride. Stimulation of the left DLPFC, which transiently disrupted its function, impaired Montreal-Card-Sorting-Task (MCST) performance and affected dopamine release in the striatum. In contrast, right DLPFC stimulation had no significant effect on behaviour and striatal dopamine release. Lastly, in order to investigate cortIl a récemment été démontré par l'IRMf que le cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL) droit voyait son activité augmenter autant lors de la présentation de feedbacks négatifs que positifs dans une tâche classique d'appariement de cartes (Wisconsin-Card-Sorting-Task –WCST-). Il a également été montré que le CPFDL gauche, en conjonction avec le striatum, voyait quant à lui son activité augmenter uniquement lors de la présentation de feedbacks négatifs. Ces patrons d'activation sont compatibles avec leur présumé rôle respectif dans le monitoring des informations maintenues en mémoire et dans le changement de règle (set-shifting). Cependant, les études d'imagerie procurent uniquement les corrélats neuronaux de la performance cognitive, pas leurs relations de causalité.Dans ce travail nous avons testé le rôle du CPFDL droit dans le monitoring au moyen de la stimulation magnétique transcrânienne par trains de potentiels (rTMS), une méthode permettant d'altérer de façon transitoire les traitements d'une région corticale ciblée. Lorsque la rTMS a été appliquée au CPFDL droit alors que les sujets recevaient des feedbacks associés aux réponses qu'ils venaient de donner, leur performance au WCST détériorait par rapport à une condition de contrôle (stimulation du vertex). Par contraste, l'application de la rTMS lors d'une tâche simple de couplage n'affectait pas les performances. Ce résultat est compatible avec le rôle présumé du CPFDL droit dans le monitoring des événements en mémoire de travail.Dans un deuxième temps, nous avons étudié le rôle du CPFDL gauche lors du set-shifting et sa relation avec le système dopaminergique striatal. Nous avons appliqué une nouvelle méthode de stimulation rTMS (theta burst) au CPFDL gauche et droit en conjonction avec une analyse de l'activité cérébrale par tomographie par émission de positrons (TEP) utilisant le r