851 resultados para dorsolateral prefrontal cortex
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Cerebral activation associated with performance on a novel task involving two conditions was investigated with functional magnetic resonance imaging (fMRI). In the response initiation condition, subjects nominated the general superordinate category to which each of a series of exemplars (concrete nouns) belonged. In the response suppression condition, subjects were required to nominate a general superordinate category to which each exemplar did not belong, with the instruction that they were not to nominate the same category response twice in a row. Both conditions produced distinct patterns of activation relative to an articulation control condition employing identical stimuli. When initiation and suppression conditions were directly compared, response suppression produced activation in the right frontal pole, orbital frontal cortex and anterior cingulate, left dorsolateral prefrontal cortex and posterior cingulate, and bilaterally in the precuneus, visual association cortex and cerebellum. Response latencies were significantly longer in the suppression condition. Two broadly-defined strategies associated with the correct production of words during the suppression condition were a self-ordered selection from among the superordinate categories identified during the first section of the task and the generation of novel category responses. The neuroanatomical correlates of response initiation, suppression and strategy use are discussed, as are the respective roles of response suppression and strategy generation.
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With the advent of functional neuroimaging techniques, in particular functional magnetic resonance imaging (fMRI), we have gained greater insight into the neural correlates of visuospatial function. However, it may not always be easy to identify the cerebral regions most specifically associated with performance on a given task. One approach is to examine the quantitative relationships between regional activation and behavioral performance measures. In the present study, we investigated the functional neuroanatomy of two different visuospatial processing tasks, judgement of line orientation and mental rotation. Twenty-four normal participants were scanned with fMRI using blocked periodic designs for experimental task presentation. Accuracy and reaction time (RT) to each trial of both activation and baseline conditions in each experiment was recorded. Both experiments activated dorsal and ventral visual cortical areas as well as dorsolateral prefrontal cortex. More regionally specific associations with task performance were identified by estimating the association between (sinusoidal) power of functional response and mean RT to the activation condition; a permutation test based on spatial statistics was used for inference. There was significant behavioral-physiological association in right ventral extrastriate cortex for the line orientation task and in bilateral (predominantly right) superior parietal lobule for the mental rotation task. Comparable associations were not found between power of response and RT to the baseline conditions of the tasks. These data suggest that one region in a neurocognitive network may be most strongly associated with behavioral performance and this may be regarded as the computationally least efficient or rate-limiting node of the network.
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Objects presented in categorically related contexts are typically named slower than objects presented in unrelated contexts, a phenomenon termed semantic interference. However, not all semantic relationships induce interference. In the present study, we investigated the influence of object part-relations in the blocked cyclic naming paradigm. In Experiment 1 we established that an object's parts do induce a semantic interference effect when named in context compared to unrelated parts (e.g., leaf, root, nut, bark; for tree). In Experiment 2) we replicated the effect during perfusion functional magnetic resonance imaging (fMRI) to identify the cerebral regions involved. The interference effect was associated with significant perfusion signal increases in the hippocampal formation and decreases in the dorsolateral prefrontal cortex. We failed to observe significant perfusion signal changes in the left lateral temporal lobe, a region that shows reliable activity for interference effects induced by categorical relations in the same paradigm and is proposed to mediate lexical-semantic processing. We interpret these results as supporting recent explanations of semantic interference in blocked cyclic naming that implicate working memory mechanisms. However, given the failure to observe significant perfusion signal changes in the left temporal lobe, the results provide only partial support for accounts that assume semantic interference in this paradigm arises solely due to lexical-level processes.
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Humans are particularly adept at modifying their behavior in accordance with changing environmental demands. Through various mechanisms of cognitive control, individuals are able to tailor actions to fit complex short- and long-term goals. The research described in this thesis uses functional magnetic resonance imaging to characterize the neural correlates of cognitive control at two levels of complexity: response inhibition and self-control in intertemporal choice. First, we examined changes in neural response associated with increased experience and skill in response inhibition; successful response inhibition was associated with decreased neural response over time in the right ventrolateral prefrontal cortex, a region widely implicated in cognitive control, providing evidence for increased neural efficiency with learned automaticity. We also examined a more abstract form of cognitive control using intertemporal choice. In two experiments, we identified putative neural substrates for individual differences in temporal discounting, or the tendency to prefer immediate to delayed rewards. Using dynamic causal models, we characterized the neural circuit between ventromedial prefrontal cortex, an area involved in valuation, and dorsolateral prefrontal cortex, a region implicated in self-control in intertemporal and dietary choice, and found that connectivity from dorsolateral prefrontal cortex to ventromedial prefrontal cortex increases at the time of choice, particularly when delayed rewards are chosen. Moreover, estimates of the strength of connectivity predicted out-of-sample individual rates of temporal discounting, suggesting a neurocomputational mechanism for variation in the ability to delay gratification. Next, we interrogated the hypothesis that individual differences in temporal discounting are in part explained by the ability to imagine future reward outcomes. Using a novel paradigm, we imaged neural response during the imagining of primary rewards, and identified negative correlations between activity in regions associated the processing of both real and imagined rewards (lateral orbitofrontal cortex and ventromedial prefrontal cortex, respectively) and the individual temporal discounting parameters estimated in the previous experiment. These data suggest that individuals who are better able to represent reward outcomes neurally are less susceptible to temporal discounting. Together, these findings provide further insight into role of the prefrontal cortex in implementing cognitive control, and propose neurobiological substrates for individual variation.
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We simultaneously recorded auditory evoked potentials (AEP) from the temporal cortex (TCx), the dorsolateral prefrontal cortex (dPFCx) and the parietal cortex (PCx) in the freely moving rhesus monkey to investigate state-dependent changes of the AEP. AEPs obtained during passive wakefulness, active wakefulness (AW), slow wave sleep and rapid-eye-movement sleep (REM) were compared. Results showed that AEP from all three cerebral areas were modulated by brain states. However, the amplitude of AEP from dPFCx and PCx significantly appeared greater attenuation than that from the TCx during AW and REM. These results indicate that the modulation of brain state on AEP from all three cerebral areas investigated is not uniform, which suggests that different cerebral areas have differential functional contributions during sleep-wake cycle. (C) 2002 Elsevier Science Ireland Ltd.. All rights reserved.
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An electrode drive is described for recordings of neurons in freely moving and chaired monkeys during the performance of behavioural tasks. The electrode drives are implanted for periods of up to 6 months, and can advance up to 42 electrodes using 14 independent drive mechanisms. The drive samples 288 points within a 12 mm x 12 min region, with 15 min of electrode travel. Major advantages are that recordings are made in freely moving monkeys, and these recordings can be compared with those in chaired experiments; waveforms of single neurons are stable, enabling prolonged recordings of the same neurons across periods of days; recordings can be made throughout the brain, including the dorsolateral prefrontal cortex and hippocampus; the drive accommodates both sharp microelectrodes and fine wire assemblies such as tetrodes. (C) 2003 Elsevier Science B.V; All rights reserved.
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Humans have the arguably unique ability to understand the mental representations of others. For success in both competitive and cooperative interactions, however, this ability must be extended to include representations of others' belief about our intentions, their model about our belief about their intentions, and so on. We developed a "stag hunt" game in which human subjects interacted with a computerized agent using different degrees of sophistication (recursive inferences) and applied an ecologically valid computational model of dynamic belief inference. We show that rostral medial prefrontal (paracingulate) cortex, a brain region consistently identified in psychological tasks requiring mentalizing, has a specific role in encoding the uncertainty of inference about the other's strategy. In contrast, dorsolateral prefrontal cortex encodes the depth of recursion of the strategy being used, an index of executive sophistication. These findings reveal putative computational representations within prefrontal cortex regions, supporting the maintenance of cooperation in complex social decision making.
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Remembering past events - or episodic retrieval - consists of several components. There is evidence that mental imagery plays an important role in retrieval and that the brain regions supporting imagery overlap with those supporting retrieval. An open issue is to what extent these regions support successful vs. unsuccessful imagery and retrieval processes. Previous studies that examined regional overlap between imagery and retrieval used uncontrolled memory conditions, such as autobiographical memory tasks, that cannot distinguish between successful and unsuccessful retrieval. A second issue is that fMRI studies that compared imagery and retrieval have used modality-aspecific cues that are likely to activate auditory and visual processing regions simultaneously. Thus, it is not clear to what extent identified brain regions support modality-specific or modality-independent imagery and retrieval processes. In the current fMRI study, we addressed this issue by comparing imagery to retrieval under controlled memory conditions in both auditory and visual modalities. We also obtained subjective measures of imagery quality allowing us to dissociate regions contributing to successful vs. unsuccessful imagery. Results indicated that auditory and visual regions contribute both to imagery and retrieval in a modality-specific fashion. In addition, we identified four sets of brain regions with distinct patterns of activity that contributed to imagery and retrieval in a modality-independent fashion. The first set of regions, including hippocampus, posterior cingulate cortex, medial prefrontal cortex and angular gyrus, showed a pattern common to imagery/retrieval and consistent with successful performance regardless of task. The second set of regions, including dorsal precuneus, anterior cingulate and dorsolateral prefrontal cortex, also showed a pattern common to imagery and retrieval, but consistent with unsuccessful performance during both tasks. Third, left ventrolateral prefrontal cortex showed an interaction between task and performance and was associated with successful imagery but unsuccessful retrieval. Finally, the fourth set of regions, including ventral precuneus, midcingulate cortex and supramarginal gyrus, showed the opposite interaction, supporting unsuccessful imagery, but successful retrieval performance. Results are discussed in relation to reconstructive, attentional, semantic memory, and working memory processes. This is the first study to separate the neural correlates of successful and unsuccessful performance for both imagery and retrieval and for both auditory and visual modalities.
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Background. Many studies have separately reported abnormalities of frontal and temporal lobe structures in schizophrenia, but little is known of structural fronto-temporal associations in this condition. We investigated whether male patients with chronic schizophrenia would show abnormal patterns of correlation between regional brain volumes.
Methods. Structural magnetic resonance images of the brain in 42 patients were compared with 43 matched unaffected controls. We explored the pattern of association between regional brain volumes by correlational analyses, and non-parametrically tested for significance of between-group differences by randomization.
Results. The schizophrenics demonstrated significant volume deficits in several brain regions (left temporal lobe and hippocampus, right dorsolateral prefrontal cortex), and significant volume increases in the ventricular system (third ventricle and left temporal horn of the lateral ventricle). Controls demonstrated large positive correlations (r > 0.4) between prefrontal and temporal lobe regions. By contrast, inter-regional correlations significantly reduced in schizophrenics included those between prefrontal, anterior cingulate and temporal regions, and between posterior cingulate and hippocampus (P < 0.05). The most salient abnormality in patients was a dissociation between prefrontal and superior temporal gyrus volumes (P < 0.01).
Conclusions. These results support the existence of a relative 'fronto-temporal dissociation' in schizophrenia which we suggest may be due to lack of mutually trophic influences during frontal and temporal lobe development.
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Background: Neuropsychological deficits have been reported in association with first-episode psychosis (FEP). Reductions in grey matter (GM) volumes have been documented in FEP subjects compared to healthy controls. However, the possible inter-relationship between the findings of those two lines of research has been scarcely investigated.
Objective: To investigate the relationship between neuropsychological deficits and GM volume abnormalities in a population-based sample of FEP patients compared to healthy controls from the same geographical area.
Methods: FEP patients (n = 88) and control subjects (n = 86) were evaluated by neuropsychological assessment (Controlled Oral Word Association Test, forward and backward digit span tests) and magnetic resonance imaging using voxel-based morphometry.
Results: Single-group analyses showed that prefrontal and temporo-parietal GM volumes correlated significantly (p < 0.05, corrected) with cognitive performance in FEP patients. A similar pattern of direct correlations between neocortical GM volumes and cognitive impairment was seen in the schizophrenia subgroup (n = 48). In the control group, cognitive performance was directly correlated with GM volume in the right dorsal anterior cingulate cortex and inversely correlated with parahippocampal gyral volumes bilaterally. Interaction analyses with "group status" as a predictor variable showed significantly greater positive correlation within the left inferior prefrontal cortex (BA46) in the FEP group relative to controls, and significantly greater negative correlation within the left parahippocampal gyrus in the control group relative to FEP patients.
Conclusion: Our results indicate that cognitive deficits are directly related to brain volume abnormalities in frontal and temporo-parietal cortices in FEP subjects, most specifically in inferior portions of the dorsolateral prefrontal cortex. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.
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Les études des effets de l’activité physique sur la cognition humaine et animale ne permettent pas de clarifier si ces effets sont spécifiques au type d’exercice pratiqué et si les gains cognitifs pour un cerveau en développement sont globaux ou exclusifs à certaines fonctions cognitives. Considérant le circuit nerveux entre le cervelet et le cortex préfrontal dorsolatéral, nous croyons qu’un entraînement neuromoteur stimulant les fonctions motrices du cervelet améliorera les fonctions exécutives associées au cortex préfrontal. Comme l’entraînement aérobie a affecté positivement différentes fonctions cognitives dans des études précédentes, nous croyons que ce type d’exercice améliorera les fonctions exécutives et la mémoire à long-terme. Trois classes de sixième année (âge moyen = 11,4 ans) ont été aléatoirement assignées aux groupes neuromoteur (n=22), aérobie (n=19) et contrôle (n=15). Nous nous sommes assurés que l’entraînement neuromoteur ne stimulait aucunement la capacité aérobie et que l’entraînement aérobie n’améliorait aucune habileté motrice. Les entraînements pour les deux groupes expérimentaux consistaient en 30 minutes d’activités par jour d’école pendant les heures de classe, pour 10 semaines ; le groupe contrôle suivait le programme scolaire régulier. Des tests moteurs et cognitifs ont été administrés avant et après l’intervention. Une série d’ANOVAs a révélé que l’entraînement neuromoteur avait amélioré la fluence verbale avec un effet marginal sur la génération de verbe, deux fonctions exécutives associées au circuit fronto-cérébelleux, et que l’entraînement aérobie avait mené à une amélioration distincte de la fluence verbale. Ainsi, nos résultats démontrent que les améliorations des fonctions exécutives sont spécifiques à chaque entraînement pratiqué.
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Des études récentes ont montré que le noyau caudé interagissait avec le cortex préfrontal et qu’il pourrait être impliqué dans les fonctions exécutives. Le but de cette thèse était d’étudier la contribution du noyau caudé dans les fonctions exécutives, plus précisément dans des tâches de monitoring et de changement de règle, et d’observer comment ces régions fronto-striatales interagissent avec le réseau par défaut (RPD). Dans un premier temps, nous avons étudié le rôle du noyau caudé dans les deux types de monitoring : le monitoring d’origine interne, consistant à effectuer un suivi sur l’état de l’information en mémoire de travail afin de pouvoir faire un choix subséquent, et dans le monitoring d’origine externe où le suivi sur l’état des items est effectué par l’individu, mais la sélection est exécutée par une source externe. Il a été montré que le cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL) est impliqué dans les deux types de monitoring. À l’aide de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), nos résultats ont montré une augmentation significative du signal BOLD au niveau du CPFDL dans les contrastes des conditions de monitoring d’origine interne et monitoring d’origine externe par rapport à la condition contrôle. De manière plus importante, une augmentation significative de l’activité a été observée dans le noyau caudé seulement dans les soustractions impliquant le monitoring d’origine interne par rapport à la condition contrôle, et par rapport à la condition de monitoring d’origine externe. En deuxième lieu, des études ont montré une contribution spécifique des régions fronto-striatales dans l’exécution d’un changement de règle. Toutefois, l’effet d’un changement de règle sur l’activité cérébrale n’a jamais été étudié sur les essais subséquents. À l’aide de l’IRMf, le cortex préfrontal ventrolatéral (CPFVL) et le noyau caudé ont montré une augmentation significative de leur activité lors des changements de règle continus et lors des changements de règles sporadiques par rapport à la condition contrôle, et aussi lors des essais où le maintien d’une même règle devait être effectué pour une courte durée par opposition au contrôle. Cependant, aucune activité fronto-striatale n’a été observée lorsqu’une même règle devait être appliquée pour une plus longue période. De plus, une diminution significative de l’activité du noyau caudé a été observée lors de la répétition de l’exécution d’une même règle suggérant une meilleure intégration de cette dernière. Finalement, plusieurs études ont montré une déactivation du RPD lors de l’exécution de tâches. À l’aide de l’IRMf, nous avons posé l’hypothèse que le RPD serait corrélé négativement avec les régions fronto-striatales lors de l’exécution d’une tâche de changement de règle. Nos résultats montrent une augmentation significative de l’activité des régions fronto-striatales lors d’une augmentation du nombre d’essais de changement de règle consécutif, pendant que le RPD montre une déactivation continue. De façon intéressante, pendant que les régions fronto-striatales montrent une diminution de leur activité lors de l’exécution d’une même règle pour une longue période, le RPD augmente son activité de façon significative. On conclut donc que le noyau caudé joue un rôle important dans la planification d’une nouvelle action lorsque plusieurs possibilités doivent être considérées en mémoire de travail, et ce en même temps. Finalement, le RPD montre une corrélation négative avec les régions fronto-striatales suggérant sa participation dans l’intégration d’une tâche devenant de plus en plus familière.
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Contexte : Jusqu’à 90% des fumeurs qui tentent d’arrêter de fumer vont rechuter dans l’année suivant la date d’arrêt. L’impulsivité, au même titre que le « craving », a démontré être un bon facteur de prédiction de la rechute tabagique. Ainsi, la présente étude visait à évaluer, à l’aide de la neuroimagerie fonctionnelle, l’influence de l’impulsivité sur les mécanismes neuronaux du « craving » de la cigarette. Parmi les régions cérébrales impliquées dans le « craving » de la nicotine, les cortex préfrontal dorsolatéral, orbitofrontal et cingulaire sont d’importantes structures dans les processus de contrôle de soi. Méthodes : 31 fumeurs chroniques ont passé une session de neuroimagerie durant laquelle ils devaient regarder des images appétitives de cigarettes et des images neutres. Ils ont ensuite dû inscrire le « craving » ressenti à la vue des images et répondre à un questionnaire portant sur les traits de personnalité de l’impulsivité (BIS-11). Résultats : Tel qu’attendu, le score d’impulsivité était positivement corrélé au « craving » rapporté par les participants à la vue d’images de cigarettes. Au niveau cérébral, plus les fumeurs présentaient de forts traits d’impulsivité, moins grande était l’activité du cortex cingulaire postérieur (CCP) durant le « craving ». Enfin, l’activité du CCP présentait une connectivité fonctionnelle négative avec l’insula, le cortex préfrontal dorsolatéral et le cortex cingulaire antérieur. Conclusions : Comme le CCP est le siège des processus de mentalisation et de référence à soi, nous suggérons que plus les fumeurs étaient impulsifs, moins ils prenaient conscience de leur état et moins ils en exerçaient un contrôle, donc plus ils ressentaient de forts « cravings ». En poussant plus loin, nos résultats mettent l’accent sur l’aspect identitaire (le soi, les mémoires autobiographiques) et l’aspect d’introspection en toxicomanie : deux avenues à explorer.
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Bien que le passage du temps altère le cerveau, la cognition ne suit pas nécessairement le même destin. En effet, il existe des mécanismes compensatoires qui permettent de préserver la cognition (réserve cognitive) malgré le vieillissement. Les personnes âgées peuvent utiliser de nouveaux circuits neuronaux (compensation neuronale) ou des circuits existants moins susceptibles aux effets du vieillissement (réserve neuronale) pour maintenir un haut niveau de performance cognitive. Toutefois, la façon dont ces mécanismes affectent l’activité corticale et striatale lors de tâches impliquant des changements de règles (set-shifting) et durant le traitement sémantique et phonologique n’a pas été extensivement explorée. Le but de cette thèse est d’explorer comment le vieillissement affecte les patrons d’activité cérébrale dans les processus exécutifs d’une part et dans l’utilisation de règles lexicales d’autre part. Pour cela nous avons utilisé l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) lors de la performance d’une tâche lexicale analogue à celle du Wisconsin. Cette tâche a été fortement liée à de l’activité fronto-stritale lors des changements de règles, ainsi qu’à la mobilisation de régions associées au traitement sémantique et phonologique lors de décisions sémantiques et phonologiques, respectivement. Par conséquent, nous avons comparé l’activité cérébrale de jeunes individus (18 à 35 ans) à celle d’individus âgés (55 à 75 ans) lors de l’exécution de cette tâche. Les deux groupes ont montré l’implication de boucles fronto-striatales associées à la planification et à l’exécution de changements de règle. Toutefois, alors que les jeunes semblaient activer une « boucle cognitive » (cortex préfrontal ventrolatéral, noyau caudé et thalamus) lorsqu’ils se voyaient indiquer qu’un changement de règle était requis, et une « boucle motrice » (cortex postérieur préfrontal et putamen) lorsqu’ils devaient effectuer le changement, les participants âgés montraient une activation des deux boucles lors de l’exécution des changements de règle seulement. Les jeunes adultes tendaient à présenter une augmentation de l’activité du cortex préfrontal ventrolatéral, du gyrus fusiforme, du lobe ventral temporale et du noyau caudé lors des décisions sémantiques, ainsi que de l’activité au niveau de l’aire de Broca postérieur, de la junction temporopariétale et du cortex moteur lors de décisions phonologiques. Les participants âgés ont montré de l’activité au niveau du cortex préfrontal latéral et moteur durant les deux types de décisions lexicales. De plus, lorsque les décisions sémantiques et phonologiques ont été comparées entre elles, les jeunes ont montré des différences significatives au niveau de plusieurs régions cérébrales, mais pas les âgés. En conclusion, notre première étude a montré, lors du set-shifting, un délai de l’activité cérébrale chez les personnes âgées. Cela nous a permis de conceptualiser l’Hypothèse Temporelle de Compensation (troisième manuscrit) qui consiste en l’existence d’un mécanisme compensatoire caractérisé par un délai d’activité cérébrale lié au vieillissement permettant de préserver la cognition au détriment de la vitesse d’exécution. En ce qui concerne les processus langagiers (deuxième étude), les circuits sémantiques et phonologiques semblent se fusionner dans un seul circuit chez les individus âgés, cela représente vraisemblablement des mécanismes de réserve et de compensation neuronales qui permettent de préserver les habilités langagières.
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Beaucoup de patients atteints de la maladie de Parkinson (MP) peuvent souffrir de troubles cognitifs dès les étapes initiales de la maladie et jusqu’à 80% d’entre eux vont développer une démence. Des altérations fonctionnelles au niveau du cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL), possiblement en relation avec le noyau caudé, seraient à l’origine de certains de ces déficits cognitifs. Des résultats antérieurs de notre groupe ont montré une augmentation de l’activité et de la connectivité dans la boucle cortico-striatale cognitive suite à la stimulation magnétique transcrânienne (SMT) utilisant des paramètres « theta burst » intermittent (iTBS) sur le CPFDL gauche. Pour cette étude, 24 patients atteints de la MP avec des troubles cognitifs ont été séparées en 2 groupes : le groupe iTBS active (N=15) et le groupe sham (stimulation simulée, N=9). Une batterie neuropsychologique détaillée évaluant cinq domaines cognitifs (attention, fonctions exécutives, langage, mémoire et habiletés visuo-spatiales) a été administrée lors des jours 1, 8, 17 et 37. Le protocole iTBS a été appliqué sur le CPFDL gauche durant les jours 2, 4 et 7. Les scores z ont été calculés pour chaque domaine cognitif et pour la cognition globale. Les résultats ont montré une augmentation significative de la cognition globale jusqu’à 10 jours suivant l’iTBS active, particulièrement au niveau de l’attention, des fonctions exécutives et des habiletés visuo-spatiales. Cet effet sur la cognition globale n’est pas répliqué dans le groupe sham. Ces résultats suggèrent donc que l’iTBS peut moduler la performance cognitive chez les patients atteints de MP avec des déficits cognitifs.