Cortex préfrontal et syndromes frontaux

Résumé : On appelle cortex préfrontal la partie toute antérieure et la plus étendue des lobes frontaux ; cette région gère une quantité remarquable de fonctions cognitives de notre vie intellectuelle, relationnelle et émotionnelle au point que certains scientifiques ont voulu y voir sa prééminence dans l’évolution phylogénétique exceptionnelle de l’espèce humaine ; bien qu’en grande partie vraie cette interprétation demande à être nuancée.

Il n’en demeure pas moins que les lésions qui se produisent à son niveau ont souvent des conséquences graves sur de très nombreuses fonctions indispensables à la bonne gestion des tâches, des plus simples aux plus complexes ; en effet bien que non directement relié aux aires primaires, le cortex préfrontal l’est à toutes les aires dites associatives ce qui lui permet d’intervenir à un niveau très élevé de la cognition. Les troubles engendrés sont dits de types «frontaux», appelés «syndromes frontaux» ; ceux-ci sont en effet d’une très grande variété en fonction de l’importance et de la localisation des lésions, le cortex préfrontal, très vaste, présentant des spécificités de fonction suivant les aires considérées ; par ailleurs ses liaisons avec les autres aires associatives, ainsi qu’avec les noyaux gris centraux font que des lésions pourtant distantes de lui peuvent provoquer des séquelles de type frontal assez caractérisées ; d’où leur fréquence dans les séquelles du traumatisme crânien, surtout dans celles qui s’accompagnent de déchirure de la substance blanche de liaison dites aussi «lésions axonales diffuses».

Le cortex préfrontal s’étend sur la partie antérieure des lobes frontaux, en avant des cortex prémoteur (CPM) et moteur primaire (CMP) qui en occupent la partie postérieure ; il est étendu sur plus d’un quart de l’ensemble du cortex cérébral ; son importance dans les mécanismes cognitifs est donc considérable au point que certains ont pu en faire le centre de l’intelligence humaine ; cependant il est maintenant bien compris que celle-ci n’est pas concentrée sur un territoire déterminé, aussi indispensable soit-il, mais concerne l’ensemble du cerveau dont aucune structure ne peut être considérée comme inférieure à une autre.

Le cortex préfrontal tire son importance de ses capacités organisationnelles permettant la gestion de nos actions tant dans notre vie de tous les jours que pour les travaux les plus complexes, ainsi que de ses capacités de régulation émotionnelle et comportementale nécessaires à notre équilibre.

On appelle «syndrome frontal» les perturbations liées à son atteinte ; on devrait parler plus adéquatement de «syndrome préfrontal» car il ne concerne pas en principe, sauf association, les parties frontales plus postérieures dédiées à la motricité ; mais la première appellation est maintenant consacrée par un usage déjà ancien ; on évoquera aussi deux syndromes frontaux différents car l’atteinte de la totalité de ce cortex est rare compte-tenu de son étendue et parce qu’il existe des différences de séquelles importantes suivant les zones anatomiques concernées.

Un élément majeur est à considérer pour en faciliter la compréhension : le cortex préfrontal est en effet relié à la quasi totalité des aires cérébrales dans les deux sens efférent (vers elles) et afférent (d’elles à lui) sauf aux aires primaires qu’elles soient motrices, sensitives ou sensorielles ; il ne s’adresse donc qu’aux aires associatives, autrement dit à celles dont les informations ont gagné en complexité et sont donc d’un niveau cognitif élevé ; ces liaisons s’effectuent vers des territoires éloignés par des voies sous -corticales ultrarapides expliquant que des signes typiques de lésions frontales puissent se manifester alors que les lésions responsables se situent à distance.

A – Anatomie du cortex préfrontal

Le cortex préfrontal présente 3 faces anatomiques par hémisphère ; la coupe de la partie très antérieure du crâne (passant par les orbites oculaires OO –fig 1) les montre clairement ;

PS : noter que la coupe 1 correspondant aux pointillés rouges tracés sur les fig 2, 3 et 4.

  • La face latérale (ou externe) : c’est le cortex latéral (CL) subdivisé en dorso-latéral – CDL– (vers le haut) et ventro-latéral –CVL– (vers le bas)
  • La face médiale (ou interne) : c’est le cortex médial (CM) lui-même subdivisé en une partie supérieure (cortex dorso-médian-CDM-) et une partie inférieure (cortex ventromédian- CVM-)
  • La face inférieure située au dessus du plancher de l’orbite correspondant : le cortex orbito-frontal (COF).

PS : le lecteur désirant des informations complémentaires sur le cortex préfrontal peut être un peu perdu par les acronymes donnés à ces différents cortex dans les ouvrages scientifiques consultés ; tous n’utilisent pas la même terminologie mais les démarcations restent les mêmes.

Les figures 2, 3 et 4 donnent une vue complète de chacune des faces correspondantes sur un même hémisphère (ici le gauche) ainsi que les pointillés rouges en rapport avec la coupe de la fig 1.

Le cortex préfrontal latéralCL –(fig.2) est limité en bas par la partie la plus basse et la plus antérieure de la scissure de Sylvius (SS) et en arrière par les deux zones motrices (motrice primaire – CMP– et prémotrice –CPM-) ; bien que n’appartenant pas vraiment au cortex préfrontal il faut signaler la présence de l’aire oculo-motrice frontale (AOMF) située en bordure du cortex prémoteur et dont le rôle dans la détection et l’analyse immédiate de l’environnement permet le renforcement attentionnel du cortex dorsolatéral (CDL) qui occupe la partie haute du CL ; le cortex ventro-latéral (CVL) est au dessous.

Sur la face médiale (fig.3) le cortex préfrontal médian (CM) associe le CDM et le CVM ; il est souvent associé au cortex cingulaire antérieur (CCA) dont il est séparé par une scissure : le CCA se situe anatomiquement dans le lobe limbique (LL) sans que la distinction de fonction soit très évidente entre ce CCA et la partie inférieure du CM (cortex ventro-médian –CVM-), du moins en terme de séquelles lésionnelles ; raison pour laquelle le terme de cortex ventromédian rassemble souvent ces deux cortex ; au dessus se trouve le cortex dorso-médian (CDM) qui est contigu avec l’aire motrice supplémentaire (AMS) -v. pages physiologie de la motricité.

Sur la face inférieure (fig 4) le cortex orbito-frontal (COF)-en noir- correspond à l’ensemble cortical situé en avant de l’extrémité antérieure du lobe temporal (LT).

Les liaisons du cortex préfrontal se font à l’ensemble des cortex associatifs grâce aux voies ultrarapides des faisceaux d’association intra-hémisphériques et notamment (Fig 2) par le faisceau longitudinal supérieur (FLS) qui relie les lobes temporal et pariétal supérieur au lobe frontal ; le faisceau fronto-occipital inférieur (FOI) joignant les aires temporo-occipitales au lobe frontal et le faisceau unciné (FU) qui lie la région temporale antérieure aux cortex orbito-frontal et ventro-médial. Ainsi le cortex préfrontal est-il relié à toutes les informations sensorielles traitées dans les aires associatives.

Ses connexions avec le système limbique (fig 5) dont les circonvolutions cingulaires (antérieure CCA et postérieure CCP), l’amygdale A, l’hypothalamus HT et l’hippocampe HI lui donnent accès à toutes les informations d’origine émotionnelle et à la mémoire épisodique.

Il semble que ce soit la  partie postérieure du cortex préfrontal qui traite ces informations alors que la partie antérieure s’occupe plutôt des réponses ! Pour cela il se sert de ses liaisons avec le thalamus (TH) et de là avec la substance réticulée pour activer les processus attentionnels –1- ; les  connexions motrices  se font surtout avec l’aire motrice supplémentaire (AMS)2- et avec  l’aire oculo-motrice frontale (AOMF –fig 2-) qui joue un rôle important dans l’attention réflexe ; d’autres  sont impliquées dans des fonctions cognitives, ainsi que dans les régulations émotionnelle et motivationnelle ; il s’agit de réseaux fonctionnant en boucle (3) permettant une activation récurrente et donc renforcée (fig 6). Ces réseaux en boucle concernent aussi les noyaux gris centraux et surtout le thalamus expliquant que des lésions thalamiques peuvent aussi participer à l’émergence de syndromes frontaux.

PS : les territoires préfrontaux n’ont pas été teintés sur les fig 5 et 6 ; en effet les indications données concernent l’ensemble des territoires précédemment décrits et non la face médiale seule représentée sur ces 2 schémas.

B – Fonction des cortex préfrontaux

1° Le cortex préfrontal latéral

a) Le cortex dorsolatéral (CDL)

Il est orienté en priorité sur les fonctions dites exécutives ; terme à priori un peu bizarre mais qui cherche à souligner ses compétences dans l’exécution de taches plus ou moins complexes exigeant une succession de démarches cognitives ordonnées pour obtenir le résultat recherché ; à savoir : la volonté d’agir, la sélection d’un plan principal d’action, la planification des phases intermédiaires, la surveillance de leur réalisation, la correction éventuelle de trajectoires incorrectes et la vérification du résultat final.

Par ailleurs il lui incombe de favoriser la persévérance quand la direction prise parait la bonne, mais aussi de savoir changer de plan quand celui-ci se montre incorrect. Il favorise donc la flexibilité mentale et s’oppose à la persévération (attitude pathologique de poursuite d’une tache manifestement inutile ou nuisible). Seule la motivation initiale qui est un phénomène affectif plus que cognitif semble avoir plutôt son origine dans le cortex cingulaire antérieur (CCA).

L’attention, ou plus exactement les capacités attentionnelles, font également partie des capacités spécifiques du cortex dorso-latéral ; elles sont souvent explorées dans trois domaines :

  • l’attention sélective, cad dirigée vers un sujet déterminé
  • l’attention divisée cad la capacité à suivre plusieurs sujets à la fois (du plus simple comme faire la cuisine tout en suivant une émission de radio au plus difficile consistant à dicter deux lettres en même temps sur des sujets différents… Ce qui n’est pas à la portée de tous les CDL !
  • l’attention soutenue, cad la capacité de se maintenir pendant un temps suffisamment prolongé sur un même sujet.

Le cortex préfrontal est soutenu dans ces différentes opérations par deux capacités complémentaires :

  • l’une de nature visuelle est sa relation privilégiée avec l’aire oculomotrice frontale du cortex prémoteur (AOMF) fig 2– qui le relie au cortex visuel secondaire par une des boucles thalamiques signalée plus haut ; attention et direction de la vision ont donc partie liée de façon quasi automatique.
  • l’autre vient de la présence en son sein de l’administrateur central qui distribue la mémoire de travail sur la boucle phonologique ou sur le calepin visio-spatial suivant les informations visuelles ou auditives recueillies le temps nécessaire à leur utilisation (v. page sur la neuropsychologie des mémoires).

Le cortex préfrontal dorso-latéral droit est également engagé dans la récupération volontaire de la mémoire épisodique et le gauche dans celle de la mémoire sémantique ; il ne l’est cependant pas dans la récupération spontanée de ces mémoires ; les atteintes de la mémoire très souvent notées dans les atteintes préfrontales sont donc pour la plupart des problèmes attentionnels ou motivationnels plus que de mémoire proprement dite.

Le cortex préfrontal dorso-latéral est également impliqué, via son système exécutif, dans la coordination du langage : il gère en effet la fluence verbale et l’organisation logique du discours ; en effet celui-ci nécessite, pour être compris facilement, que le rythme soit adapté à l’histoire racontée et que les épisodes qui le structurent ne soient ni oubliés, ni intervertis ; il en gère également la compréhension fine dans la mesure où l’auditeur en attente d’un discours logique et cohérent, le suit d’autant plus facilement et le comprend d’autant mieux qu’il y porte davantage d’attention ; même dans ce versant réceptif la non coordination et l’inattention de l’auditeur peut altérer le sens du discours entendu. Cette fonction est donc nécessaire aussi bien au locuteur qu’à celui qui l’écoute !

b) Le cortex ventro-latéral (CVL)

Le cortex préfrontal ventrolatéral a surtout une fonction comportementale : inhiber les gestes impulsifs (comme toucher tout ce qui se présente sous les yeux), éviter de prendre des décisions trop rapides ou inappropriées, ou de dire la première chose qui vient à l’esprit sans se préoccuper des conséquences. En dehors des cérébrolésions une trop faible activité de ce cortex pourrait favorise les TOC, le syndrome de Tourette ou les ruminations de la dépression ; l’activation de cette région par la stimulation transcrânienne semble améliorer les symptômes indésirables de ces pathologies.

2° Le cortex orbito-frontal (COF)

Le cortex orbito-frontal est en premier lieu impliqué dans l’évaluation des récompenses donc à l’attribution de la valeur d’un stimulus ; le COF reçoit en effet toutes les informations sensorielles lui donnant la possibilité d’identifier les options plaisantes ou déplaisantes, ainsi que des mémorisations de l’hippocampique lui permettant de les comparer à des souvenirs antérieurs; il serait une sorte d’intermédiaire entre le stimulus présenté et les éléments retenus en mémoire en en comparant la valeur ; les expériences sur les primates ont confirmé assez facilement cette notion ; chez l’homme une étude en neuro-imagerie a montré que l’attribution de la qualité d’un vin au cours d’une séance de dégustation dépendait moins de sa qualité intrinsèque que de la connaissance d’un prix donné au hasard aux participants avant l’expérience, les meilleurs notes étant le plus souvent attribuées aux vins les plus chers !

Le cortex orbitofrontal (COF) serait aussi très actif dans notre tendance à la conformité sociale ; il pourrait donc être celui qui nous pousserait à adopter la position du groupe lorsque nous ne nous sentons pas totalement libre d’exprimer notre point de vue. Son action parait fondamentale dans la collaboration interhumaine et sociale.

3° Le cortex préfrontal médial

C’est une longue et étroite bande de cortex entourant le cortex cingulaire antérieur (CCA) surtout dans sa partie basse ; cet ensemble inférieur est souvent, (comme déjà dit plus haut) regroupé sous le nom de cortex ventro-médian –CVM- (qui en principe est anatomiquement le seul frontal) en raison de la difficulté à bien différencier leurs fonctions respectives.

a) Le cortex ventro-médian ( + cortex cingulaire antérieur) : CVM + CCA

Son rôle est assez voisin de celui du COF : il partage en effet une partie du contrôle social avec le cortex orbito-frontal (COF) dont il est adjacent anatomiquement (fig 4) ; son atteinte supprime en partie ou en totalité les sentiments de honte, de culpabilité et d’empathie ; il contrôle aussi le caractère avantageux ou non des prises de décisions et du comportement ; son atteinte tend à des actions aléatoires, donc finalement peu avantageuses bien qu’égocentrées sans préoccupation sur les conséquences vis à vis d’autrui.

Le cortex cingulaire antérieur (CCA) aurait peut-être une fonction plus impliquée dans l’examen des résultats de nos décisions, sa fonction étant plus précise que celle du cortex ventro-latéral ; en cas d’erreur commise il remettrait certains comportements à jour et favoriserait l’adoption de nouvelles règles cognitives ; il imaginerait aussi les conséquences qu’auraient pu apporter d’autres choix. Il est très actif en cas de résultat imprévu et sollicite rapidement un changement d’option de la part du CDL. Une activation excessive du CCA favoriserait certains TOC le sujet ne parvenant plus à contrôler une hypersensibilité à des stimuli normalement ignorés car considérés comme sans utilité ; l’ablation chirurgicale du CCA peut donner de bons résultats dans certains cas peut-être en raison de cette hyperactivité.

b) Le cortex dorso-médian (CDM)

Moins exploré que les autres, son rôle semble surtout important dans l’analyse égocentrée (cad tournée vers l’observation de soi-même) en association avec l’ensemble des cortex cingulaires (antérieur et postérieur) alors que le cortex préfrontal latéral est plutôt tourné vers le monde extérieur. Le CDM se situe de plus très à proximité de l’aire motrice supplémentaire –AMS– (partie médiale du cortex prémoteur) très impliqué dans l’initiation des mouvements et dont une lésion bilatérale produit le syndrome de mutisme akinétique marqué par l’absence de geste et un mutisme complet alors que les yeux semblent observer avec intensité, l’ensemble donnant une curieuse impression de surveillance hyperconsciente mais figée ; l’origine la plus fréquente de ce syndrome est l’infarctus des deux artères cérébrales antérieures qui atteint à la fois les cortex préfrontaux dorso-médians, les cortex cingulaires antérieurs et les aires motrices supplémentaires (CDM + CCA +AMS).

C – Les deux syndromes frontaux principaux classiques

Nous avons vu que le cortex préfrontal présente au moins 5 régions anatomiques : le cortex préfrontal latéral, lui-même divisé en cortex dorso-latéral et ventro-latéral, le cortex orbito-frontal, le cortex préfrontal médial divisé en dorso-médian et ventro-médian ; le cortex cingulaire antérieur faisant partie anatomiquement du lobe limbique présente des fonctions qui le rapprochent tellement du cortex préfrontal ventro-médian qu’il est logique de l’y rattacher ; par ailleurs les cérébrolésions qui nous intéressent au premier plan ne touchent que très rarement telle ou telle région de façon élective ; les deux seules régions vraiment individualisables en terme de séquelles sont le cortex latéral correspondant avant tout au cortex dorso-latéral responsable du syndrome latéral dit «cognitif» et le regroupement des trois cortex inférieurs : orbitaire, ventro-médian et cingulaire antérieur responsable du syndrome orbitaire et médian dit «comportemental». Cette division plus réaliste est cependant encore trop schématique pour décrire les séquelles des différentes atteintes préfrontales rencontrées qui peuvent parfaitement emprunter des symptômes au deux régions : les descriptions suivantes sont faites davantage pour comprendre que pour décrire l’association obligatoire des séquelles de tel ou tel blessé de la région préfrontale. Ces blessés souvent appelés de façon peu heureuse «patients frontaux» se présentent donc sous des formes fort variées en diversité d’association ainsi qu’en intensité.

a) Le syndrome latéral cognitif

Il concerne avant tout l’atteinte du cortex dorso-latéral ; La connexion intime qu’il présente avec le cortex prémoteur explique les troubles de l’organisation des actes moteurs quand ceux-ci comportent une succession d’actes intermédiaires ; certains sont oubliés, d’autres répétés inutilement dans un processus de persévération ; souvent le sujet ne prend pas le temps de la réflexion entre la demande d’un tiers et le déclenchement de l’acte demandé ; cet acte est souvent altéré par des défauts séquentiels du fait du manque d’attention ; cependant la correction de l’erreur est possible si elle est signalée et peut être maintenue en mémoire. A noter que le comportement de «grasping» consistant à s’emparer de tout ce qui passe à proximité concerne davantage les atteintes du cortex prémoteur que celles du cortex préfrontal ; cependant leur proximité anatomique peut être source de séquelles combinées.

Il en est de même dans l’exploration visuelle avec la proximité de l’aire frontale oculomotrice ; la aussi il peut y avoir une désorganisation de l’exploration visuelle associant fixation persévérative sur certains points et oubli d’autres éventuellement plus importants.

La «distractibilité» est un des signes les plus caractéristiques de l’atteinte de cette région ; elle est due à un défaut d’attention et à la sensibilité aux interférences inattendues ; ajoutées au déficit en séquençage des actes complexes et en mémoire de travail il est facile de comprendre les difficultés de réalisation des tâches nécessitant un minimum d’organisation ; la plupart des travaux usuels s’avèrent entravés comme la simple préparation d’un plat cuisiné par exemple alors que le blessé n’a pas oublié les ingrédients nécessaires mais… seulement d’en acheter certains ; ces difficultés attentionnelles sont donc faciles à confondre avec des atteintes graves de mémoire ; elles peuvent être palliées par des aides -mémoires écrits que le sujet est alors en général en capacité de suivre. L’atteinte de la flexibilité mentale et la tendance à la persévération inutile par atteinte du processus d’inhibition du cortex dorso-latéral entraine donc ces troubles des fonctions dites exécutives indispensables à toute activité professionnelle tant soit peu élaborée ; il ne s’agit donc pas d’une perte d’intelligence mais d’une désorganisation très difficile à gérer pour le blessé et son entourage.

Les troubles du langage sont eux-mêmes liés à ces troubles de programmation, tant dans les difficultés de la prosodie, du vocabulaire et de la narration ; il est plus marqué dans les lésions préfrontales latérales gauches ; le langage oral est souvent lent, hésitant avec une prosodie lourde et monotone et s’interrompant souvent de façon imprévue ; le mutisme (dans ses différentes variétés) est cependant plutôt lié aux atteintes médiales que latérales.

Bien que le syndrome latéral soit de nature majoritairement cognitif l’atteinte comportementale n’est pas rare surtout dans les atteintes sévères du cortex dorso-lateral ; le degré élevé des séquelles précédemment décrites notamment dans le champ attentionnel peuvent entrainer des états totalement abouliques dans lesquels le patient reste prostré dans son fauteuil, ne répondant quasiment pas aux questions qu’on lui pose ; cette inertie adynamique est opposée au syndrome suivant.

b) Le syndrome orbitaire et médian comportemental

Le syndrome comportemental reprend un certain nombre de signes attachés au précédent notamment dans les difficultés attentionnelles et dans la gestion des taches complexes des fonctions exécutives.

Ce qui le caractérise surtout est une sorte de désordre comportemental, lié probablement à la libération des contraintes sociales normales dont on a vu qu’elles étaient gérées par le cortex orbito-frontal et le cortex ventro-médial ; en pathologie neuro-dégénérative l’exemple le plus parlant concerne la démence fronto-temporale dont les lésions siègent essentiellement dans ces territoires ; pour les cérébrolésions ce sont les traumas crâniens avec atteinte préfrontale basse ou les AVC dont les occlusions vasculaires atteignent ces régions ; ces pathologies sont les responsables majeurs des changements de comportement constatés par les proches et des difficultés familiales en général rencontrées ; s’y associent, quand les symptômes sont au complet : perte d’empathie pour les proches, repli égocentrique, émoussement affectif, perte de motivation (cortex cingulaire antérieur), désinhibition comportementale, familiarité, perte des convenances sociales, négligence hygièno-vestimentaire, attitude d’adhérence à l’environnement (le sujet ayant tendance à manipuler tout ce qui passe à sa proximité) ; à un degré supplémentaire la désinhibition peut entrainer des expositions sexuelles ou scatologiques ; l’agressivité n’est pas exclue plutôt langagière que physique même si cette dernière est possible surtout quand les antécédents pré-traumatiques du blessé en faisaient déjà mention ; dans ce dernier cas il n’y a en général ni préméditation ni calcul, le sujet n’étant pas capable d’apprécier les retombées potentielles de ses actes ; ses décisions sont en général prises au hasard sans avoir la possibilité d’en pressentir les conséquences.

Il s’agit là, bien entendu, d’une liste assez complète qui heureusement est rarement rassemblée chez une même personne ; souvent ce n’est qu’un ou deux symptômes de la liste qui se font jour mais ils sont très perturbants pour l’entourage qui ne reconnait plus et ne comprend pas certains comportements de son proche ; cela lui fait dire souvent à propos du blessé : «c’est à la fois le même et un autre» ; plus rarement quand beaucoup de symptômes sont présents à la fois : «ce n’est plus du tout le même» ; parmi les séquelles les plus perturbantes, bien que peu visibles pour l’entourage lointain on trouve l’indifférence et le manque d’empathie qui sont très difficiles à supporter pour les très proches ; même quand ils ont bien compris que seules les lésions cérébrales et non le blessé en sont les vrais responsables… Ce qui est souvent très difficile à accepter !

Éditorialiste
Dr François PERNOT

Médecin Chirurgie Générale retraité

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