Contributions of cortical and subcortical oscillations during reactive task switching
Contributions des oscillations corticales et sous-corticales lors d'un changement de tâche réactif
Résumé
Task switching is the ability to rapidly reconfigure a set of cognitive processes (called task set) that allow the completion of a task. The animal literature indicates that neurons in a network composed of the dorsomedial cortex and the subthalamic nucleus increase their activities when a task set switches in response to a visual stimulus. However, in humans, the precise dynamic of the decision network during task switching remain poorly understood due to a relative lack of direct electrophysiological recordings. The aim of this thesis is to study intracranial signals obtained either in patients with severe obsessive-compulsive disorder or in drug-resistant epileptic patients while the participants were performing task switching paradigms.In a first study, we show an increase in power in the theta (5-10Hz), beta (15-35Hz) and gamma (60-200Hz) frequency bands shortly after a rule switching. The associations between behavior and these frequency bands suggest that they play a distinct role. Based on a drift diffusion model (DDM), we observed that this difference in reaction time and error rate was the result of a lower level of evidence at the beginning of trials corresponding to a change of task set. Moreover, by introducing the theta frequency band as a modulator of the initial level of evidence, a negative association existed and allowed us to explain the non-linear relationship between theta activities and behavioral performances. These results thus suggest that power modulations in the theta frequency band of the subthalamic nucleus and dorsomedial prefrontal cortex are critical in the task switching process.Preliminary results from a second study indicate that theta activity, measured shortly after a rule switching (<200 ms) and before processes facilitating the action selection the action, increase in a temporo-parieto insular and cingulate network during task changes.Overall, this thesis provides the first intracerebral evidence during the cognitive processes associated with task switching.
Le task switching est la capacité à reconfigurer rapidement un ensemble de processus cognitifs permettant la réalisation d’une tache (cet ensemble de processus est appelé task-set). La littérature animale indique que des neurones dans un réseau composé du cortex dorso-médian et du noyau sous-thalamique augmentent leurs activités lors d’un changement de task-set en réponse à un stimulus visuel. Toutefois, chez l’homme, ladynamique précise du réseau décisionnaire lors du task switching reste peu connue en raison d’un manque relatif de données électrophysiologiques directes. L’objectif de cette thèse est d’étudier les signaux intracrâniens obtenus soit chez des patients présentant des troubles obsessionnels compulsifs sévères soit chez des patients épileptiques pharmaco-résistants pendant que les participants réalisaient des paradigmes de task switching.Dans une première étude, nous montrons une augmentation de puissance dans les bandes de fréquences thêta (5-10Hz), bêta (15-35Hz) et gamma (60-200Hz) peu de temps après un changement de règle. Les associations entre le comportement et ces bandes de fréquences suggèrent qu’elles jouent un rôle distinct. En se basant sur un modèle de drift diffusion (DDM), nous avons observé que cette différence en temps de réaction et taux d’erreur était le résultat d’un niveau d’évidence plus faible au début des essais correspondant à un changement de task-set. De plus, en introduisant la bande de fréquence thêta comme modulateur du niveau d’évidence initial, une association négative existait et permettait d’expliquer la relation non-linéaire entre les activités thêta et le comportement. Les résultats obtenus suggèrent donc que les modulations de puissancedans la bande de fréquence thêta du noyau sous-thalamique et du cortex dorso-médial préfrontal sont critiques dans le processus de task switching.Les résultats préliminaires d’une seconde étude indiquent que l’activité thêta, mesurée à une latence courte (<200 ms) après un changement de règle et avant les processus permettant de sélectionner l’action, augmente dans un réseau temporo-parieto insulaire et cingulaire lors des changements de tâche.Dans l’ensemble, cette thèse apporte les premières évidences intracérébrales durant les processus cognitifs associés au task switching.
Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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