Le cortex préfrontal est la partie antérieure du cortex du lobe frontal du cerveau, située en avant des régions prémotrices.
Cette région est le siège de différentes fonctions cognitives dites supérieures (notamment le langage, la mémoire de travail, le raisonnement, et plus généralement les fonctions exécutives). C'est aussi la région du goût et de l'odorat.
Définition Il existe trois possibilités pour définir le cortex préfrontal : le cortex frontal possédant une couche IV granulaire ; la zone de projection du noyau médiodorsal du thalamus ; la zone du cortex frontal dont la stimulation n'évoque aucun mouvement.
En 1935, Jacobsen utilisa le terme de préfrontal pour désigner la zone du frontal contenant une couche IV granulaire (avec des cellules étoilées et pyramidales) en opposition des aires motrices et prémotrices, agranulaires.. Dans la classification de Brodmann, le cortex préfrontal regroupe les aires 8, 9, 10, 11, 44, 45, 46, 47 sur la face latérale, et 12, 32, 24 sur la face médiale (J. Fuster.) mais pour compliquer les choses, toutes ces aires ne sont pas strictement granulaires puisque 44 est dysgranulaire, les aires 11 caudale et 47 orbitale sont agranulaires.. Pour J. Fuster, un des obstacles majeurs au critère architectonique, est la grande variabilité de la cytoarchitectonique d'espèce à espèce, et entre individus d'une même espèce.
La définition du préfrontal comme zone de projection du noyau médiodorsal du thalamus repose sur les travaux de Rose et Woolsey. (1948) qui ont montré que ce noyau se projetait sur les parties antérieures et ventrales du cerveau des non primates. Cette région, qualifiée de orbitofrontale par ces auteurs, fut nommée semble-t-il, la première fois, de préfrontale par Akert, qui en 1964, suggéra que ce critère soit utilisé pour définir les zones homologues du cortex frontal des primates et non primates.. Cette définition a l'avantage d'établir des homologies en dépit du manque de cortex granulaire frontal chez les non primates. Elle est encore largement acceptée actuellement, bien que des études de tracés récents aient montré que les projections du noyau médiodorsal ne soient pas restreintes au cortex granulaire du cortex des primates. Pour sauver la définition, il a été suggéré que le cortex préfrontal soit défini comme la région du cortex ayant les connexions réciproques les plus fortes avec le noyau médiodorsal du thalamus..
La troisième définition du préfrontal comme la zone du cortex frontal dont la stimulation ne provoque pas de mouvement observable, avait été utilisée par David Ferrier en 1890. Cette définition n'est, elle non plus, pas exempte de défauts, puisque les zones électriquement silencieuses du frontal comprennent des zones granulaires et agranulaires.
Subdivisions Au sein des aires préfrontales, on distingue : le cortex préfrontal dorsolatéral (dlPFC) situé sur la face externe (la partie visible du cerveau vu de côté). Cette région dorsolatérale est impliquée dans un réseau qui permet l'élaboration de processus cognitifs. Il joue un rôle majeur dans la planification et les fonctions exécutives ; le cortex ventrolatéral ; le cortex frontal inférieur (dont le cortex orbitofrontal) qui est situé sous les régions dorsolatérales et au-dessus des orbites oculaires ; le cortex frontal médial et cingulaire antérieur qui est situé le long de la scissure interhémisphérique et au-dessus et en avant du corps calleux.
Vue latérale du cortex préfrontal, face externe de l'hémisphère gaucheVue médiale du cortex préfrontal La table ci-dessous donne les différentes subdivisions du cortex préfrontal, face latérale. Le terme dorsolatéral a été utilisé pour renvoyer aux aires 8, 9, 46 au sens restreint, ou à ces mêmes aires plus les aires 44, 45, 47 latérale, au sens large. Cortex préfrontal (Fuster 2008), aires de Brodmann aire 8 aire 9 aire 46 aire 44 aire 45 latéral 47 orbital 47 aire 11 aire 10aire 12aire 24aire 32 dorsolatéral orbitofrontal, ventromédian, basal, orbital frontopolar, antérieur, rostralorbitofrontalcingulaire antérieur dorsolatéral ventrolatéral dorsolatéral postérieur mi-dorsolatéral
Roger Gil dans son ouvrage de Neuropsychologie. propose un autre découpage du cortex frontal. Il garde l'aire 4 de Brodmann pour l'aire motrice mais étend le cortex prémoteur, puisque outre l'aire 6, il inclut l'aire 8 (aire de coordination oculomotrice), l'aire 44 pars opercularis et 45 pars triangularis du gyrus frontal inférieur, impliquées respectivement dans le traitement phonologique et sémantique du langage (Poldrack et al. 1999) ainsi que l' à la face interne de l'hémisphère. Le cortex préfrontal est caractérisé par le fait que sa lésion entraîne des manifestations désignées sous le nom de « syndrome frontal ». Il est divisé en trois parties : Cortex précentral (G. Gil 2008) aires de Brodmann aire 9 aire 10 aire 46 aire 11 aire 12 aire 25 aire 32 aire 47 aire 24 aire 32dorsolatéralorbitaire ou ventraleinterne ou mésiale
Chez les mammifères Le cortex préfrontal existe à un état plus primitif chez le rat, mammifère partageant environ 90 % de gènes orthologues stricts avec l'être humainRat Genome Sequencing Project Consortium (2004) Genome sequence of the Brown Norway rat yields insights into mammalian evolution. Nature, 428(6982):493-521., avec une orthologie quasi totale entre humain et rat concernant les « gènes de maladie ». L'étude du cerveau du rat s'avère donc importante pour la conception de médicaments utiles à l'humain. Néanmoins, le cortex préfrontal du rat est moins différencié que celui du primate, et il montre des caractéristiques anatomiques et fonctionnelles qui correspondraient à un mélange des caractéristiques de plusieurs sous-parties du cortex préfrontal des primatesUylings HBM, Gronewegen HJ, Kolb B (2003) Do rats have a prefrontal cortex ? Behavioural Brain Research, 146:3-17.. Par exemple, même si certains auteurs considèrent que le cortex préfrontal dorsolatéral (dlPFC) est une zone du cerveau spécifique des primatesPreuss TM, Kaas JH (1999) Human brain evolution. In: Zigmond MJ, Bloom FE, Landis SC, Roberts JL, Squire LR, editors. Fundamental of neuroscience. San Diego, CA: Academic Press, ., l'aire prélimbique (PL) du cortex préfrontal du rat présente à la fois des analogies avec le dlPFC en termes d'implication dans la mémoire de travail ou dans le séquencement des tâches comportementales, et à la fois des analogies avec le cortex frontal médian des primates en termes de connexions anatomiques avec d'autres zones du cerveau.
Des caractéristiques anatomiques du cortex préfrontal existent également chez le chienRajkowska G, Kosmal, A (1987) Intrinsic connections and cytoarchitectonic data of the frontal association cortex in the dog. Acta Neurobiol Exp 48:169-92..
Connexions Afférences Le cortex préfrontal établit d'importantes connexions : avec les régions sous-corticales : thalamus, sous-thalamus, mésencéphale et système limbique avec de nombreuses aires corticales sensorielles associatives
Les voies principales arrivant sur le cortex préfrontal sont celles du noyau médiodorsal du thalamus. Chez les primates, le noyau médiodorsal se décompose en : une composante médiale, dite magnocellulaire, en raison de la présence de cellules de grandes tailles. Cette composante est mieux représentée chez les primates ayant une plus grande ancienneté phylogénétique une composante latérale, dite parvocellulaire, en raison de la présence de petites cellules, et mieux représentée chez les espèces plus récentes.
Ces deux composantes ont des projections différentes sur le cortex : la partie magnocellulaire se projette sur le cortex préfrontal orbitaire et médial la partie parvocellulaire se projette principalement sur le (nouveau) cortex préfrontal latéral.
En outre : le pars paralamellaris, un segment latéral du noyau se projette sur l'aire 8 de Brodmann, l'aire de coordination oculomotrice. les parties caudale et dorsale du noyau se projettent sur les aires médiales
Ces projections médiodorsales sur le cortex préfrontal représentent 80 % des projections thalamo-préfrontales, le reste provient du noyau ventral antérieur VA et du noyau intralaminaire rostral. Il existe aussi des afférences qui ne passent pas par le thalamus. On connait ainsi des afférences directes du tegmentum du tronc cérébral, du pont, de l'hypothalamus et de l'amygdale.
En résumé, le cortex préfrontal reçoit directement ou indirectement, des informations venant de l'hypothalamus, du sous-thalamus, du mésencéphale, du système limbique et du cervelet.
Le cortex préfrontal est aussi interconnecté avec d'autres régions corticales. Dans la région latérale du préfrontal, convergent des informations de nature visuelles, auditives et somatiques alors que la région orbitomédiale reçoit des informations olfactives, gustatives en plus des informations auditives (et accessoirement visuelles et somatiques). En gros, la collecte d'informations sensorielles servent au cortex préfrontal latéral à organiser et exécuter des actions dirigées vers un but, celles récoltées dans le préfrontal orbitomédial servent aux réactions émotionnelles.
Efférences Suivant un principe général de connectivité, la plupart des afférences sont réciproques : le cortex préfrontal envoie donc des informations aux structures qui lui en envoient.
Il y a cependant une exception constituée par les ganglions de la base vers lesquels ils envoient des efférences non réciproques.
Fonctions Le cortex préfrontal latéral et en particulier les aires de Brodmann 9 et 46 (dorsolatéral) est associé à l’élaboration de processus cognitifs complexes. Il joue un rôle dans le contrôle exécutif tel que la planification et le raisonnement déductif (changement de l'ensemble des règles en cours set-shifting, résolution de problèmes complexes, récupération de souvenirs en mémoire à long terme, stratégies d’organisation et mémoire de travail.). On a observé par imagerie médicale l’activation de cette région au cours de tâches de planification comme dans le test de la tour de Londres. Le cortex orbitofrontal (aires 12 et 13) est impliqué dans les processus affectifs et motivationnels à savoir le contrôle du système limbique : inhibition, codage de la valeur motivationnelle d'un stimulus, prise de décisions et contrôle de l'action basée sur la récompense, contrôle de l'humeur, comportement social.. Le cortex cingulaire antérieur (aires 24, 25 et 32) est impliqué dans l'autogénération des comportements., le contrôle des fonctions autonomes, l'initiation de la récompense, l'intention, l'inhibition, le traitement du conflit ou de l'erreur.
Activité des gènes En 2026 une vaste étude, menée depuis 2019, produit des cartes de l'activité des gènes dans le cortex préfrontal. Portant sur plus de six millions de cellules provenant de presque âgés de 0 à 108 ans, porteurs ou non de maladies neurodégénératives ou de troubles psychiques, elle est publiée sous la forme de huit articles dans Nature, Nature Medicine et Nature Communications ; les données brutes sont accessibles publiquement.. Trois phases du développement cortical se distinguent : une phase de remodelage rapide au début de la vie, une période de stabilité à l'âge adulte (à partir de ) et une seconde phase de remodelage débutant vers . Différents types cellulaires présentent des profils d'activité génique distincts, incluant des modifications liées au développement cérébral précoce ainsi que des changements survenant plus tard dans la vie, associés à des types cellulaires impliqués dans l'activité immunitaire, les réponses au stress et les rythmes circadiens du cerveau. Bien que les troubles neurologiques se manifestent de manière unique, nombre d'entre eux partagent des caractéristiques moléculaires, des points communs qui restent invisibles quand on n'est pas en mesure d'étudier chaque type cellulaire individuellement.
Notes et références
Voir aussi
Articles connexes Lobe frontal
Préfrontal