Neural Correlates Of Consciousness And Related Disorders: From Phenotypic Descriptors Of Behavioral And Relative Consciousness To Cortico-Subcortical Circuitry
Résumé
We report a review of medical aspects of the consciousness. The behavioral dimension, phenotypic descriptors, relative consciousness and neural correlates of consciousness and related disorders were addressed successively in a holistic and chronological approach. Consciousness is relative, specific to each individual across time and space. Historically defined as the perception of the self and the environment, it cannot be separated from behaviors, entailing an idea of conscious behavior with metapractic and metagnostic aspects. Observation of spontaneous and evoked overt behavior distinguishes three main types of disorder of consciousness (DoC): coma, vegetative state or unresponsive wakefulness, and minimally conscious or relationally impoverished state. Modern functional exploration techniques, such as imaging, increase the understanding of DoCs and consciousness. Whether consciousness is a superior function and/or an instrumental function is discussed. Neural correlates can be subdivided into two wakefulness pathways (superior thalamic cholinergic and inferior extra-thalamic), and cortico-subcortical circuitry. The deep brain structures are those described in the well-known sensorimotor, associative and limbic loops, as illustrated in the mesolimbic model of DoC. The cortices can be segregated into several overlapping networks: (1) a global workspace including thalamo-cortical loops; (2) the default mode network (DMN) and related intrinsic connectivity networks (i.e., central executive, medial DMN and salience networks); (3) a 3-fold network comprising the fronto-parietal control system and its dorsal and ventral attentional sub-networks, the fronto-parietal executive control network, and the cingulo-opercular salience network; (4) the internal and external cortices, respectively medial, turned toward the self, and lateral, turned toward the environment. The network dynamics is the reflection of consciousness, notably anticorrelations such as the decrease in activity of the posterior cingulate-precuneus regions during attentional tasks. Thanks to recent advances in DoC pathophysiology, further significative therapeutic progress is expected, taking into account the societal context. This depends notably on the dissemination of medical knowledge and its transfer to a wider public.
Nous rapportons une revue des aspects médicaux de la conscience. La dimension comportementale, des descripteurs phénotypiques, la conscience relative et les corrélats neuronaux de la conscience et de ses troubles ont été abordés successivement selon une approche holistique et chronologique. La conscience est relative, spécifique à chacun, dans le temps et l’espace. Historiquement définie comme la perception de soi et de l’environnement, elle ne peut être séparée des comportements, ce qui implique la notion de comportements conscients avec des aspects méta-praxiques et méta-gnosiques. L’observation de comportements spontanés ou provoqués permet de définir trois types de troubles de la conscience, le coma, l’état végétatif ou éveillé non-répondant, et l’état de conscience minimale ou pauci-relationnel. Des techniques modernes d’exploration fonctionnelle, comme l’imagerie, améliorent la compréhension de la conscience et de ses troubles. Le fait que la conscience soit une fonction supérieure et/ou une fonction instrumentale est discuté. Les corrélats neuronaux peuvent se subdiviser selon deux voies de l’éveil, la voie supérieure cholinergique thalamique et la voie inférieure extra-thalamique, et en une circuiterie cortico-sous-corticale. Les structures du cerveau profond sont celles décrites dans les boucles, bien connues, sensorimotrices, associatives et limbiques, comme illustré dans le modèle mésolimbique des troubles de la conscience. Les cortex peuvent être distingués selon leur appartenance à plusieurs réseaux se chevauchant : (1) un réseau global incluant des boucles thalamo-corticales ; (2) le réseau du mode par défaut et les réseaux intrinsèques liés, soit le central exécutif, le réseau par défaut médial et la saillance; (3) un triple model de réseau avec le système fronto-pariétal de contrôle et ses sous-réseaux dorsal et ventral attentionnels, le réseau fronto-pariétal exécutif de contrôle et le réseau cingulo-operculaire de saillance ; (4) les cortex internes et externes, respectivement médiaux tournés vers le soi, et latéraux tournés vers l’environnement. La dynamique des réseaux est le reflet de la conscience, notamment les anti-corrélations comme la baisse d’activité de la région cingulaire postérieure et de celle pré-cunéale durant les tâches attentionnelles. Grâce aux avancées récentes sur la physiopathologie des troubles de la conscience, de futurs progrès thérapeutiques significatifs, adaptés au contexte sociétal, sont espérés. Ceci dépend notamment de la divulgation de la connaissance médicale et de son transfert au grand public.
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