J'ai fait déjà quatre articles sur le cortex préfrontal et ses fonctions générales.
    Je voudrais maintenant aborder les fonctions particulières d'actions "intelligentes"
    Aujourd'hui : comment décider et agir.

    Les deux fonctions suivantes des lobes frontaux, la capacité d'initiative et d’autonomie, et I’attention, concernent la relation de l'homme avec l'espace.
    La première lui confère la capacité de déclencher une suite de gestes pour faire une tâche donnée, pour mener aune action.

    Pensons d’abord à des gestes et des décisions simples.
    Les neurobiologistes distinguent deux sortes de mouvements à cet égard: d'une part, ceux qui sont hétéro-déterminés (c'est la réaction d'un sujet qui obéit à une consigne telle que « lorsque la lampe rouge s'allumera, vous prendrez avec votre main droite, le cube qui est posé sur la table devant vous ! ») et, d'autre part, les mouvements auto-déterminés (« quand vous le déciderez, prenez le cube ! »).
    Dans le premier cas, le cortex préfrontal est inactif. Les personnes aux lobes préfrontaux lésés restent capables de produire de tels mouvements en réaction à des injonctions. Ce sont les centres de commande des mouvements du cortex frontal sur le dessus de la tête, après le front, qui agissent après détection des signaux par les centres d'interprétation de la vue.
    Au contraire, dans le second cas, les lobes préfrontaux sont les premières zones du cerveau à devenir actives ; ce sont eux qui déclenchent le mouvement. Tout se passe comme si, dans cette partie de notre cerveau, existait une interface entre l'espace psychique de représentation (le fait de se représenter un cube, une décision, un mouvement), et les neurones qui commandent la longue chaîne de centres nerveux, permettant de saisir l'objet en question, (allant des aires motrices corticales aux moto- neurones de la moelle épinière responsables de la contraction des différents muscles).

    La réflexion sur nous mêmes après la planification et avant l’action :
Une équipe de chercheurs dirigée par le Pr. Geraint Rees de l'University College London suggère que le cortex préfrontal est le meneur dans les réflexios que nous pouvons faire sur nous mêmes : l’introspection et la confiance en soi.
    Les chercheurs ont posé à des sujets des questions difficiles de sorte que les participants n'étaient jamais complètement sûrs de donner la bonne réponse et ils leur ont demandé ensuite d’évaluer leur réponse. Ils supposaient que les personnes meilleures pour l'introspection seraient plus sûres d'elles après avoir fait le choix correct et moins sûres lorsque leur choix n'était pas le bon.    
    Effectivement, l'expérience a montré que la capacité à prendre des décisions était la même pour tous les participants mais que la différence semblait se situer dans la connaissance des participants de leurs capacités à prendre des décisions.
    Les chercheurs ont confirmé que leur capacité introspective peut énormément varier d’une personne à l’autre. En comparant les images IRM du cerveau de chaque participant, ils ont pu repérer une corrélation entre la capacité d'introspection et la structure d'une petite zone du cortex préfrontal antérieur droit.

    Les malades qui ont des troubles du cortex préfrontal ont souvent une incapacité de décision. En fait ils ont le plus souvent également une incapacité de planification qui entraînerait l’impossibilité de prendre des décisions dont on n’a pas les éléments.
    L’initiative est intimement liée à la préparation des décisions d’une part et à la motivation d’autre part.
    Les études actuelles semblent montrer que la motivation de même que la conscience sont régulées par le cerveau émotionnel et en particulier le cortex cingulaire. Mais celui-ci est en liaison étroite avec le cortex préfrontal et  la motivation ne pourra se trduire en initaitives d’actions que par son intermédiaire.
    Le problème de l’acquisition de l’autonomie, essentiel pour le passage de l’adolescence à l’âge adulte, est donc un problème complexe relevant à la fois du cerveau émotionnel et du cortex frontal, et bien entendu de l’éducation et de l’instruction.

    Je vous ai parlé plusieurs fois des préférences cérébrales de décision, qui privilégiaient soit des critères de choix logiques objectifs, soit des critères de valeurs et de goûts, plus subjectifs mais plus altruistes.
    Malheureusement il n’y a guère de liaison entre psychologues et neurobiologistes dans ce domaine, et si nos connaissances sur le cerveau permettent d’expliquer des processus élémentaires, elles ne permettent pas d’expliquer des comportements.
    Je pense simplement qu’il doit exister un certain équilibre dans le rôle du cortex préfrontal qui raisonne et décide, et celui du cerveau émotionnel, qui l’influence au niveau des émotions et de la motivation (notamment les centres amygdaliens), et qui peut aussi entraîner certaines modification voire des blocages lors de la “redescente des ordres”.
    Les liaisons de ces domaines sont principalement faites par des circuits neuronaux utilisant la dopamine comme neurotransmetteur.
    Il est probable que les personnes de préférence cérébrale L ont plutôt une prédominance du cortex préfrontal alors que celles de préférence V ont une prédominence du cerveau émotionnel et notamment des centres amygdales, qui font que les décisions sont moins logiques et plus liées aux émotions et sentiments, donc aux goûts et valeurs..

    Une troisième fonction d’action du cortex préfrontal sur le déroulement du temps donne à notre cerveau la capacité de se représenter l’avenir, de former un projet ou de construire un programme d'action et de vérifier son exécution.
    Avec l’aide de la flexibilité mentale, il s’agit de sortir des sensations du présent, de l’impulsivité, de la logique de l’immédiat et de l’urgence, et de se projeter dans l’avenir..
    Il semble toutefois que cette faculté ne vienne pas de la taille de notre cortex frontal, mais proviendraient davantage, de la qualité de la coopération avec d'autres régions particulières du cortex et d'une inter-connectivité très riche entre le cortex préfrontal et le reste du cerveau.
    Il est probable que la quantité de connexions et la vitesse de transmission due à une bonne myélinisation, interviennent dans ce processus.

    Le cortex frontal intervient très tôt dans notre vie pour organiser et planifier nos actions.
    Lorsque nous apprenons à marcher, ou lorsque nous avons à exécuter un mouvement inhabituel, la partie avant du lobe frontal intervient.
    Elle est informée par plusieurs autres régions du cortex de la situation dans laquelle se trouve l’individu et notamment de la position de ses membres et de l’état de ses muscles. Ce «capitaine» transmet ensuite ses ordres à l’aire motrice qui se trouve sur le haut du crâne  où se fait le choix d’un ensemble de muscles à contracter pour réaliser le mouvement. Ces «lieutenants» transmettent ensuite leurs ordres aux «exécutants» du cortex moteur primaire qui vont activer des muscles ou des groupes de muscles précis par l’entremise de centres nerveux du tronc cérébral et des motoneurones de la moelle épinière.
     En outre le système de récompense va évaluer le taux de réussite de l'essai et si celui-ci est mieux réussi que le précédent délivrer de la dopamine. Si au contraire l'essai est négatif, l'absence de dopamine incitera le cortex préfrontal à diriger un nouvel essai plus performant. C'est comme cela que le bébé apprend à saisir un objet ou à marcher.
     Mais le cervelet est informé de ces ordres et peu à peu il prendra le relais pour coordonner les mouvements habituels, qui deviennent alors des automatismes. Le cortex préfrontal a joué le rôle de professeur. Le cervelet a appris les gestes à faire exécuter.

     Mais l’intervention de notre cortex frontal est de tous les instants quand il s’agit de prévoir une action+
    Comme dans toute bonne planification, il faut d’abord savoir ce que l’on veut obtenir, c’est à dire le but  ou les objectifs de l’opération.
    Le cortex préfrontal va disposer des mémoires de travail qui servent à court terme à conserver des informations le temps nécessaire à leur utilisation.  Cette mémoire relais, composée de deux zones, l’une pour les éléments syntaxiques à base de mots, l’autre pour les images et les représentations, permet alors de conserver en mémoire les divers objectifs pendant qu’on examine l’un d’entre eux.
     Elle permet ainsi, comme dans un ordinateur, un processus multitâches, par examen successif des opérations à exécuter.

    Le deuxième type d’opération est de lister les actions ou les éléments qui y contribuent, de définir leur enchaînement et d’établir les priorités.
    Le cortex préfrontal organise notre pensée, dans un processus qui est partiellement inconscient, seuls les éléments principaux venant à notre conscience.
    En fait il va travailler exactement comme on a dû vous apprendre à concevoir une dissertation.
    Il se centre sur un sujet, va rechercher en mémoire des idées en vrac, les classe et les organise, puis il fait un plan (d’action), fait des choix et organise ensuite le détail de la solution retenue.
    Et pour faire ses choix il va essayer de mesurer leurs conséquences.
    Pour cela il se fait aider d’une part en cherchant en mémoire toutes les circonstances qui ressemblent à celle étudiée, mais d’autre part en demandant l’aide du cerveau émotionnel. En quelque sorte, il lui envoie successivement les diverses hypothèses d’actions et il demande l’avis de divers centres, dont notamment les centres amygdaliens, qui sont à l’origine des craintes, du stress et de la peur. Le circuit de récompense est également sollicité.
    Il va ainsi se faire une idée des répercussions heureuses ou malheureuses de ses propositions d’actions.

    Notre cerveau préfrontal agit donc en matière de planifiaction comme le chef d’une équipe : il sélectionne des objectifs, émet des hypothèses d’actions qu’il essaie d’analyser, puis consulte les membres de son équipe et ayant fait la synthèse des avis et des risques, il décide ce qu’il juge être la meilleure solution;
    Puis il contrôle l’exécution des actions et rectifie éventuellement les dérives.

    Les trois fonctions temporelles des lobes frontaux agissent en synergie.    
Par exemple, la réalisation d'un projet nécessite tout à la fois d'accéder à un espace de représentation et de simulation mentale où sont amenées d'anciennes perceptions sensorielles ; de pouvoir se dégager de la répétition et de ce qui a été une solution pertinente, mais dans un autre contexte; enfin, de se représenter l'écoulement du temps à venir.
    Par la mobilisation de ces trois fonctionnalités, il devient possible à l’homme de cesser de subir le temps et d'obtenir un peu (mais un peu seulement) de prise sur lui.


     Demain je ferai une petite pause en intermède, et après quelques articles sur d'autres sujets, pour ne pas vous lasser, je reprendrai la suite de l'examen des tâches de notre cortex préfrontal.

    La seconde grande fonction de nos lobes frontaux permet d’échapper à la répétition, d’apprendre et d’innover : c’est la flexibilité mentale.
    Il s'agit de la capacité d'abandonner une règle, une manière de résoudre un problème, une représentation mentale ou un comportement, pertinents à un moment
donné, mais qui ne correspondent plus aux exigences d'une situation nouvelle.

    Apprendre consiste dans de nombreux cas à changer de système de représentation.
    J’ai fait un article sur les conceptions de Piaget sur le développement de l’enfant et ses principes d’assimilation et d’accommodation,  selon lesquels l’enfant doit pouvoir se séparer d'anciennes représentations pour les faire évoluer face au problème à résoudre.   
    Chacun d’entre nous dispose de l'équipement nécessaire pour apprendre tout au long de sa vie, son cortex préfrontal lui donnant des capacités de flexibilité mentale.
    Il peut toutefois exister des blocages en situation d'apprentissage. car la flexibilité mentale peut présenter des difficultés, l'attachement affectif à des idées et la nécessité de se remettre en question peuvent être parfois stressants.
    En effet, face à un problème, la première intervention de notre cerveau est inconsciente et elle est située dans le cerveau émotionnel. Celui-ci se sert de notre mémoire du passé et élabore très rapidement des solutions, qui nous sont suggérées inconsciemment. Ces solutions peuvent être tout à fait pertinentes, mais elles sont basées  sur des éléments subjectifs, sur les problèmes que nous avons déjà rencontrés, et notamment les échecs passés, sur nos goûts et nos valeurs.
    Il est indispensable qu'en réflexion, basée sur des éléments plus objectifs, vienne corriger ces premières solutions intuitives.
    L’éducation scientifique a l’avantage d’apprendre à nos lobes frontaux un certain scepticisme, à remettre en question des idées préalables, à réfléchir de façon moins dogmatique et à se dégager de l'emprise des certitudes et des intuitions.

    Le cortex préfrontal intervient avant l’action pour la préparer et pour en examiner les prémices, pour prendre en considération les différents points de vue d’une même réalité et les conséquences possibles. C’est un “superviseur” qui contrôle, régule, gère les conflits qui peuvent se produire entre diverses parties du cerveau, notamment émotionnel, qui élaborent  des schémas d’actions différents face à une même situation.
    Les chercheurs différencient son action en un facteur de flexibilité spontanée, défini comme l’aptitude à produire un grand nombre d’idées dans une situation donnée, généralement peu structurées, et un facteur de flexibilité adaptative, qui est la capacité à changer d’attitude lorsque la situation l’exige.

    Plus la situation est incertaine, avec une certaine indétermination et plus le cortex préfrontal sera amené à jouer le rôle d’arbitre.
   Les chercheurs citent notamment les capacités suivantes du cortex préfrontal :
        - possibilité de nous détacher du milieu extérieur et des expériences intérieures et antérieures;
        - possibilité de passer d'un aspect d'une situation à un autre;
        - capacité de distinguer l'essentiel dans un ensemble tout en gardant la possibilité d'analyser et synthétiser les différentes parties.
        - possibilité de dégager les éléments communs et former des concepts hiérarchiques organisés
        - possibilité de verbaliser les séquences d'actions à accomplir par soi-même, cela en collaboration avec les autres centres du cortex qui gèrent le langage.

     Donc, en pratique, la flexibilité mentale, c'est l'habileté de pouvoir passer d'une tâche à une autre afin d'être plus efficace avec notre temps, de pouvoir concevoir plusieurs possibilités pour résoudre un même problème, avoir plusieurs façons différentes pour faire des choses, penser en dehors des normes, et donc aussi, à la fois utiliser les pensées des autres, mais ne pas être trop influençable.
   
    Nos lobes frontaux vont jouer un rôle fondamental dans ce qui est imagination et créativité en associant la représentation et la flexibilité mentales.
    La créativité repose, avant toute chose, sur la capacité à changer de point de vue. Cest l'aptitude à aborder un objet ou une idée sous des angles différents ; c'est aussi la capacité à se dégager d'une idée initiale pour explorer de nouvelles pistes. C'est la capacité de combiner des éléments d'inspiration empruntés à des domaines variés et distants.
    Contrairement à ce que beaucoup croient, les inventeurs, les artistes créent très rarement “ex nihilo”. Ils partent de données de leur mémoire et les associent autrement que ce que l’on fait habituellement, ou de ce qu'ont fait leurs prédécesseurs, les complètent avec leurs vues personnelles.
    Et remarquons au passage car cela me servira dans des articles futurs sur l’enseignement, que pour être créatif, il faut au départ avoir beaucoup d’idées et donc avoir mis en mémoire des informations pour pouvoir s’en servir ensuite.
    L’imagination et la créativité sans connaissances acquises et sans notre mémoire resteront pauvres.!

    En définitive c’est la flexibilité mentale du cortex préfrontal qui va nous permettre de sélectionner les bonnes informations mémorisées ou pertinentes extérieures, d’élaborer des règles et de donner des éléments pour définir une stratégie d’action, mais aussi d’élaborer des idées nouvelles, en associant la représentation mentale et la flexibilité.

   L'homme est un "animal pensant". Mais les animaux pensent aussi, mais de façon moins sophistiquée. La partie de notre cerveau responsable de cette différence est principalement le cortex préfrontal, qui s'est développé au cours de l'évolution de l'être humain

   La première fonction des lobes préfrontaux est l'évocation de ce qui n'est pas présent réellement à l’instant : c'est la capacité de représentation mentale. 
La possibilité d’avoir des perceptions sensorielles en l'absence de  stimulus des sens venant de l’extérieur, est, en effet, la condition nécessaire pour disposer de représentations durables du monde, de soi et des autres.
    On peut ainsi évoquer un visage, un objet, un lieu.
    On croirait que sur un petit écran devant nos yeux, nous pouvons projeter des images sur cet « espace psychique privé », nous pouvons ramener d'anciennes perceptions  visuelles qui ont été mises en mémoire.. Il en est de même pour les autres sens : auditif, olfactif, tactile ou gustatif, mais les évocations sont moins faciles à repérer spatialement.

     Avec notre cortex préfrontal, nous voyons sans les yeux, entendons sans les oreilles... comme dans les rêves. En  réalité c’est plus complexe que cela : les lobes frontaux dirigent commandent, demandent : c’est notre volonté.
     Mais les stimulus viennent ensuite de notre mémoire répartie en beaucoup d’endroits du cerveau, et par exemple pour une image, va en envoyer les éléments sur les divers centres qui habituellement traitent les images réelles transmises par nos yeux et ces centres vont la traiter comme s’il s’agissait d’une image réelle externe et en envoyer les éléments interprétatifs aux lobes préfrontaux qui “voient” donc l’image virtuelle, comme la réalité.

    Cette capacité de notre cortex préfrontal est en fait un “espace de simulation”.
Lorsque vous vous réveillez la nuit et que vous êtes “torturé” par un exercice de géométrie ou de physique, vous arrivez à penser aux figures que vous avez tracées, au dispositif expérimental de vos travaux pratiques. Vous pouvez faire évoluer, construire ces images et parfois, si vous avez l’esprit plus clair et dispos, trouver la solution.
    Quand, dans des tests, on vous demande parmi diverses figures quelles sont les deux semblables, vous les faites mentalement  tourner une à une dans l’espace, pour essayer de les superposer aux autres, ce qui n’est possible que si elles sont identiques.
    Essayez le test suivant (mon grand père m’a enseigné ainsi ce qu’était un cylindre quand j’avais 5 ans) :
“ Ferme les yeux. Imagine un rectangle plus large que haut. Une ligne horizontale qui passe par les milieux des deux cotés droite et gauche. Tu vas imaginer que c’est un axe comme celui des roues de ta bicyclette;
    Tu imagines que le rectangle commence à tourner. Accélère.... plus vite, plus vite! Que vois tu ?”
    “Un tuyau !”

    Le stade suivant est de se représenter mentalement une scène.. C’est sans doute difficile au petit enfant, mais peu à peu à force de voir des images, de puiser dans sa propre mémoire des souvenirs de scènes passées, puis lorsqu’il sait parler, les associer à des mots, à des descriptions orales ou écrites, l’enfant s’habitue à ce type de représentation et c’est la base même de l’apprentissage scolaire.
    L’image mentale et les mots se supportent mutuellement chacun aidant à évoquer l’autre.
    Que nous apporterait le lecture d’un roman ou d’un ouvrage philosophique si nous n’avions pas la possibilité d’imaginer la scène dont on lit la description ou si nous n’avions pas la représentation mentale des propos de l’auteur lorsqu’il emploie une métaphore.
    C’est la capacité de notre cortex préfrontal d’interpréter ce que nous lisons et d’aller chercher dans la mémoire les représentations appropriées.
   
    Là il ne s’agit que d’images mentales, mais la véritable capacité du cerveau préfrontal c’est de pouvoir se projeter sur l’avenir et de prévoir les conséquences de nos actes pour mieux ensuite passer à l’action.
    Mais ce domaine est plus complexe et nous en reparlerons à propos de la planification et de la maîtrise des émotions.

    La capacité de représentation mentale est donc à la base de l'utilisation des souvenirs de notre mémoire et de notre imagination.
C’est donc un outil indispensable à tout apprentissage, éducation ou instruction et au développement de notre intelligence.

    On m'a demandé plusieurs fois de faire des article sur notre pensée intelligente, et si je pouvais expliciter davantage comment le cerveau “réfléchit”.   
    D’autre part je lis actuellement des articles et études concernant le développement de l’apprentissage et de l’intelligence des enfants et les problèmes d’enseignement et d’apprentissage des connaissances.
    Je ferai sans doute des articles à ce sujet, mais ils supposent qu’on sache un peu ce que font dans le cerveau, les cortex frontal et préfrontal.
    C’est donc de cette question que je vais vous parler dans les prochains articles.

    Les lobes préfrontaux sont en effet la plaque tournante de la perception du temps et de l’espace, de la naissance des idées, de la réflexion et de la planification, de la maîtrise des projets et des émotions et donc la clé de tout apprentissage, notamment scolaire.

    Une particularité de l’être humain réside dans la possibilité qu'il a de prendre, en partie, les          « commandes » de lui-même. C'est possible pour la motricité des jambes vers l'âge de un an. Parfois, la commande est mixte : c'est le cas pour la respiration, qui fonctionne en grande partie sur un mode automatique, mais peut aussi être contrôlée volontairement, par exemple avant de plonger en apnée, ou lors d'exercices de relaxation.

    C'est la conscience (au sens “être conscient de”) qui fait l'objet de l'éducation et de tout apprentissage ou réflexion.
    La structure nerveuse, qui offre la possibilité de « prendre conscience », est principalement nos lobes frontaux., mais notre attention et notre conscience "du moi" dépendent aussi énormément de notre cerveau émotionnel.

    Les centres du cortex préfrontal font partie des structures nerveuses apparues le plus récemment, dans l'évolution des vertébrés. Ce sont également celles dont la maturation s'achève en dernier puisque la fin de la myélinisation des fibres nerveuses des lobes frontaux humains a lieu vers l'âge de 15-16 ans, voire parfois plus tard (je rappelle que la myélinisation est la formation autour des fibres nerveuses d’une gaîne graisseuse isolante, qui accroît de façon importante la vitesse de transmission de l’influx nerveux, et donc la capacité de traiter les données).
    Le volume des lobes frontaux augmente au cours de cette croissance pour constituer chez l'homme presque un tiers de la totalité du cortex, record absolu chez les primates.



    Il a fallu 500 millions d'années à l'évolution des vertébrés pour produire des “Homo habilis” capables de créer des outils avec un cerveau d'environ 500 centimètres cubes, comparable à celui de nos plus proches cousins les chimpanzés avec qui nous partageons 98,4 % de notre information génétique.
    Mais il a fallu seulement trois à quatre millions d'années pour tripler ce volume cérébral et atteindre celui de “l'Homo sapiens” il y a un peu plus de 60 000 ans. Ce triplement est essentiellement dû au développement du néocortex et en particulier des lobes préfrontaux comme le montre la figure ci dessous :

    Quelles sont les grandes fonctions du cortex préfrontal ?
    Il remplit six grandes fonctions, qui peuvent aussi être considérées comme six grands « pouvoirs potentiels» donnés à l’homme sur le temps, l'espace, la réflexion et l'affectivité.
    Trois de ces fonctions - capacité de représentation, flexibilité mentale et planification, donnent  une prise sur le temps, sur la prévision de l’avenir et des conséquences de ses actes, que seul l’homme est vraiment capable d’appréhender.
     J'ai déjà traité en partie la capacité de représentation dans mon article d'hier sur les images mentales.
   Deux autres, attention et initiative, lui confèrent un pouvoir sur l'espace et sur l’action.        
    La dernière, la modulation émotionnelle, permet de réguler son niveau d'émotivité pour tirer le meilleur parti des situations, en contrôlant les actions de notre cerveau émotionnel.

    Nous verrons dans les prochains articles en quoi consistent ces grandes fonctions.