L’incertitude est un processus cognitif communément expérimenté lors d’une prise de décision. Dansle trouble obsessionnel-compulsif (TOC), il est excessif et compromet les capacités décisionnelles del'individu.Ce travail avait comme objectif une meilleure compréhension des aspects physiologiques etphysiopathologiques de l’incertitude, au travers d'une double approche, comportementale etélectrophysiologique. Dans un premier temps, nous avons construit une tâche originale qui permetd'exprimer son incertitude au cours d'une prise de décision. Avec cette "tâche d’incertitude", nousavons exploré les relations entre mémoire de travail et incertitude. Nous avons montré que lescapacités de mémoire de travail prédisaient la propension à l'incertitude chez les volontaires sains alorsque l'incertitude était suivie d'une dégradation des performances mnésiques chez les patients TOC.Puis, nous avons trouvé une relation entre capacités mnésiques et incertitude dans une population depatients épileptiques caractérisée par des déficits mnésiques, confirmant ainsi le rôle des capacitésmnésiques dans la survenue de l'incertitude physiologique.Pour l'étude des corrélats neuronaux, nous avons mesuré l'activité électrophysiologique intracérébraledes régions impliquées dans la prise de décision au cours de la tâche d'incertitude, chez des patientsépileptiques pour les structures corticales et chez des patients TOC pour les structures sous-corticales.Nous avons montré que l'incertitude était associée à : 1/ une diminution d’amplitude des potentielsévoqués des régions préfrontales et prémotrices ; 2/ une moindre synchronisation des bandes defréquence alpha et bêta en temps-fréquence ; 3/ une augmentation de l'amplitude des potentielsévoqués dans le noyau sous-thalamique. Nos résultats suggèrent un défaut d'engagement des structurescorticales impliquées dans la prise de décision au cours de l'incertitude. Enfin, notre travail tend àconfirmer le rôle du noyau sous-thalamique dans la physiopathologie du TOC et dans les mécanismessous-tendant l’incertitude pathologique. / Uncertainty is a cognitive process that frequently influences our decisions in everyday life. Inobsessive-compulsive disorder (OCD), the high level of uncertainty usually alters the decision-makingprocess.This work aimed to a better understanding of physiological and pathophysiological aspects ofuncertainty, by exploring its relationships with working memory abilities and its neural correlates. Anoriginal task derived from a delayed matching-to-sample task was created with the possibility toexpress felt uncertainty during decision-making. With this "uncertainty task", we demonstrated thatbaseline working memory abilities predicted the occurrence of uncertainty in healthy individualswhereas uncertainty was followed by a decrease in working memory abilities in OCD patients. Therole of working memory abilities in the occurrence of uncertainty was further confirmed in a clinicalpopulation of epileptic patients suffering from baseline working memory impairments.For the study of the neural correlates of uncertainty, we measured intracerebral local field potentials(LFPs) in regions involved in decision-making during the uncertainty task. Cortical and subcorticalLFPs were obtained in epileptic and OCD patients, respectively. We showed that uncertainty wasassociated with: 1/ a decreased amplitude of evoked responses in cortical prefrontal and premotorregions, 2/ a reduced synchronization of alpha-beta frequency bands in time-frequency analyses, 3/ anincreased amplitude of evoked responses in the subthalamic nucleus. Our findings suggested adiminished cortical activation in uncertain decision-making and confirmed the role of the subthalamicnucleus in OCD pathophysiology and in the mechanisms underlying the occurrence of pathologicaluncertainty.

La stimulation magnétique transcrânienne répétée (SMTr) est une technique de neuromodulation utilisée dans le traitement de la dépression majeure. La stimulation thêta-burst intermittente (STBi), une forme spécifique de SMTr, bénéficie d’un temps de stimulation plus court. Ses mécanismes d’action et sa durée optimale de stimulation restent toutefois inconnus. En effet, en clinique, la durée standard de STBi tend à être allongée dans l’espoir d’augmenter les effets thérapeutiques. Cette hypothèse n’a cependant jamais été vérifiée empiriquement. Le présent mémoire vise ainsi à mieux comprendre les mécanismes neuronaux de la STBi du cortex dorsolatéral préfrontal gauche et à déterminer la durée optimale de stimulation parmi les trois durées les plus fréquemment utilisées : 600 (standard), 1200 et 1800 impulsions. La question est explorée chez 14 participants neurotypiques. Chaque participant a pris part aux trois conditions expérimentales lors de trois sessions distinctes. L’activité cérébrale induite a été mesurée par l’utilisation combinée de la stimulation magnétique transcrânienne et l’électroencéphalographie, via les potentiels évoqués par la SMT (PÉS) et les perturbations spectrales liées à l’évènement (PSLE). Ces mesures ont été comparées avant et après chaque condition à l’aide d’un modèle linéaire mixte. Pour l’ensemble des mesures de l’activité corticale, aucune différence significative n’a été obtenue entre les trois durées. Spécifiquement, la STBi a induit une réduction de l’amplitude de la majorité des PÉS et des PSLE de la bande thêta. Ainsi, le protocole STBi standard engendre une modification de l’activité cérébrale comparable aux durées prolongées, dénotant l’importance de répliquer cette étude auprès d’une population clinique. / Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a neuromodulation technique used as a treatment of major depressive disorder. Intermittent theta burst stimulation (iTBS), a specific kind of rTMS, offers a reduced stimulation duration. Yet, its mechanism of action and optimal duration are still largely unknown. In clinical settings, standard duration is often increased with the expectation of increasing therapeutic effects. However, this hypothesis has never been tested. This master thesis aims to provide better understanding of neuronal mechanism associated with iTBS on the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) of healthy participants and to determine the optimal stimulation duration over the three more commonly used durations in clinical practice: 600 (standard), 1,200 and 1,800 pulses. This was explored in 14 neurotypical participants who experienced each of the three conditions during three different sessions. The induced brain activity was measured combining transcranial magnetic stimulation and electroencephalography, via TMS evoked potentials (TEP) and event-related spectral perturbation (ERSP). These measures were compared before and after each condition using a mixed linear model. For the three durations, no significant difference was found in all cortical activity measures. Specifically, after iTBS, the amplitude of most of the TEPs, as well as of the ERSP of theta band, are reduced. Therefore, the iTBS standard protocol induces a modification of cortical activity which is similar to longer durations, showing the importance of replicating this study on a clinical population.

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Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Extrasynaptic GABAA receptors, often identified as those containing both α4 and δ subunits, appear to be a target for the actions of alcohol (ethanol) at relatively low concentrations, perhaps suppressing the activity of GABAergic interneurons which regulate activity in the mesolimbocortical circuit. Pharmacological studies in rodents using the δ-subunit selective agonist Gaboxadol (THIP) have found both promotional and inhibitory effects on alcohol consumption. The goal of this project was to determine the role of extrasynaptic GABAA receptors located in the infralimbic cortex (ILC) in the binge-like alcohol intake of male C57BL/6J (B6) mice. The ILC is of interest due to its demonstrated involvement in stress reactivity and alcohol exposure has been shown to interfere with extinction learning; impairments of which may be related to inflexible behavior (i.e. problematic alcohol consumption). Adult male B6 mice were bilaterally implanted with stainless steel guide cannulae aimed at the ILC and were offered limited access to 20% ethanol or 5% sucrose for 6 days. On day 7, mice were bilaterally injected with 50 or 100 ng THIP (25 or 50 ng per side respectively) or saline vehicle into the ILC. It was found that the highest dose of THIP (100 ng/mouse) increased alcohol intake relative to vehicle controls, although control animals consumed relatively little ethanol following infusion. Furthermore, THIP had no effect on sucrose consumption (p > 0.05), suggesting that the effect of THIP was selective for ethanol consumption. Together, these findings suggest that the mice that consumed ethanol may have been particularly reactive to the microinfusion process relative to animals that consumed sucrose, perhaps because ethanol consumption was not as reinforcing as sucrose consumption. In addition, the observation that THIP effectively prevented the decrease in ethanol intake on day 7 induced by the microinjection process may be related to a role for the ILC in adaptive learning processes, which in turn, promote behavioral flexibility.

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Eine phasische Ausschüttung des Neurotransmitters Dopamin wird u.a. mit positivem Affekt, der Reaktivität auf Neuheit und kognitiver Handlungssteuerung in Verbindung gebracht. In der vorliegenden Doktorarbeit wurde der dopaminerge Einfluss auf die Flexibilität und Stabilität der Handlungssteuerung untersucht. Für eine zielgerichtete Handlung sind beide antagonistischen Anforderungen notwendig. Einerseits müssen gewählte Handlungsabsichten gegenüber irrelevanten Ablenkungsreizen abgeschirmt und somit stabilisiert werden. Andererseits müssen diese Absichten im Falle handlungsrelevanter Änderungen der Situation flexibel angepasst werden. Als theoretische Grundlage für die vorliegende Arbeit dienten in diesem Zusammenhang folgende Kernthesen von Miller und Cohen (2001): (1) Der präfrontale Kortex (PFC) ist entscheidend an der Regulation der Handlungssteuerung beteiligt. (2) Eine phasische Dopaminausschüttung ermöglicht die Aufnahme neuer Reize im PFC und damit die Möglichkeit, gegebenenfalls aktuelle Regeln und Ziele zu ändern. (3) Eine phasische Dopaminausschüttung verschiebt demnach die Balance zwischen einer flexiblen und stabilen Handlungssteuerung in Richtung Flexibilität. In den ersten beiden Studien der vorliegenden Arbeit wurde der Einfluss interindividueller Unterschiede dopaminerger Aktivität auf die Flexibilität der Handlungssteuerung untersucht. Als Prädiktoren wurden die spontane Lidschlagrate (EBR), die Polymorphismen COMT Val-158-Met und DRD4 Exon III sowie das Geschlecht eingesetzt. In der dritten Studie sollte eine Dopaminausschüttung experimentell durch die Darbietung von Signalen einer potenziellen Belohnung (Geldgewinn) stimuliert werden. Hierdurch sollten die beobachteten Zusammenhänge aus den ersten beiden Studien erhärtet und in einem erweiterten theoretischen Kontext untersucht werden. In allen drei Studien zeigte sich ein signifikanter Zusammenhang von Lidschlagrate und kognitiver Flexibilität (mittleres η²=8%). Entsprechend der Vorhersage wurde mit steigender Lidschlagrate eine erhöhte Flexibilität beobachtet. Ferner ergaben sich Interaktionseffekte zwischen EBR und DRD 4 Exon III Polymorphismus bzw. EBR und Geschlecht, sowie ein Geschlechtshaupteffekt. Zur Stabilität dieser Effekte konnte jedoch jeweils keine abschließende Aussage gemacht werden. In der dritten Studie zeigte sich bei Darbietung des Belohnungssignals eine erhöhte kognitive Stabilität (η²=7%). Dieser Zusammenhang wurde vom subjektiven Erlebens des Experiments moderiert (η²=11%): Personen, die den Eindruck hatten, ohne große Anstrengung viel zu gewinnen, zeigten eine erhöhte kognitive Flexibilität. Diese beiden Befunde können innerhalb einer integrativen Theorie von Cohen et al. (2004) plausibel erklärt werden. Der Belohnungs-Haupteffekt könnte auf die Dominanz eines (noradrenergen) Wirkungspfades im Kontext der Wettkampfsituation hinweisen. Der moderierende Effekt des subjektiven Erlebens könnte gemäß der oben erläuterten Kernthesen von Miller und Cohen (2001) als gleichzeitige Flexibilisierung über den dopaminergen Wirkungspfad interpretiert werden, die insbesondere bei geringer wahrgenommener Anstrengung dominieren kann. Als wichtigstes Ergebnis der vorliegenden Arbeit kann zusammenfassend festgestellt werden, dass die Hypothese einer dopaminergen Beeinflussung der Flexibilitäts-Stabilitäts-Balance der kognitiven Handlungssteuerung durch die Ergebnisse der drei Studien unterstützt werden konnte. Dabei erwies sich insbesondere die spontane Lidschlagrate als zuverlässiger non-invasiver und effizient zu erhebender Prädiktor dopaminerger Aktivität. Der flexibilisierende Einfluss von Dopamin kann von einem stabilisierenden Einfluss überlagert werden. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine erforderliche Leistung zur Erreichung einer Belohnung als nützlich eingeschätzt und subjektiv als anstrengend wahrgenommen wird. / Converging evidence suggests a modulatory role of the neurotransmitter dopamine concerning reward, positive affect, novelty, and cognitive control. According to Miller and Cohen (2001) a phasic burst of dopamine shifts the balance between cognitive flexibility versus stability towards increased flexibility. Based on this assumption the current dissertation aimed at revealing associations between correlates of dopaminergic activity and the cognitive flexibility in an attentional set-shifting paradigm. In the first two studies we examined individual differences in the spontaneous eyeblink rate (EBR), the polymorphisms DRD4 exon III and COMT Val158Met polymorphism, as well as gender. In the third study we examined the impact of prospective monetary gains. Through this the findings of the first two studies should be validated and tested in an extended theoretical background. In all three studies an association between high EBR and increased cognitive flexibility was observed (mean η²=8%). Thus the main thesis of Miller and Cohen (2001) could be confirmed. Furthermore we observed interactions between EBR and DRD4 and EBR and gender, as well as a gender main effect on cognitive flexibility. In the third study we observed increased cognitive stability in the face of prospective gains (η²=7%). However, this effect was modulated by the subjective evaluation of the reward cues: participants who reported increasing their effort in response to reward cues showed increased cognitive stability whereas those who reported a positive and relaxed attitude towards the reward cues showed increased flexibility (η²=11%). The results thus suggest that the flexibility-stability-balance is modulated by the perceived effort needed to receive the potential reward.

While signatures of attention can be observed in widespread areas within and outside of cortex, the control of attention is thought to be regulated by higher cognitive brain areas, such as the prefrontal cortex. In their recent study on mice Kim et al. could show that successful allocation of attention is characterized by increased spiking of a specific type of inhibitory interneurons, the parvalbumin neurons, and higher oscillatory activity in the gamma band in the local prefrontal network. It was recently demonstrated that encoding of working memory in prefrontal areas is linked to bursts of gamma oscillations, a discontinuous network process characterized by short periods of intense power in the gamma band. The relationship between attention and working memory is unclear, and it is possible that these two cognitive processes share encoding principles. To address this gap, the electrophysiological data collected in the Carlén Lab have been analyzed with advanced spatio-temporal approaches. In particular, we have analyzed bursting gamma activity in medial prefrontal cortex during attentional processing and investigated the similarities to gamma bursting observed during working memory. Gamma-band bursts during attention were reliably detected with several methods. We have characterized several features of the bursts, including the occurrence, duration and amplitude. The neuronal firing rates during and outside of bursts have also been computed. We investigated the correlation between different criteria characterizing the gamma burst and successful vs failed allocation of attention. Control data were generated to discuss the obtained results. The aim of the study was to explore the hypothesis that the medial prefrontal cortex encodes attention trough gamma bursts, which could reveal some similarities and differences in coding of central cognitive processes. No clear difference was found in the characterization between successful and failed allocation of attention. In addition, results were very similar in control set and original data. No underlying mechanism could be identified from this analysis. Therefore, as the bursts occurring in the gamma band in the prefrontal cortex (PFC) were not discriminative with respect to the different tested conditions, they do not seem to encode information related to attention. / Även fast flera olika hjärnområdens aktivitet kan korreleras med uppmärksamhet, anses kontrollen av uppmärksamhet regleras av högre kognitiva hjärnområden, såsom främre hjärnbarken. I en nyligen publicerad artikel studerade Kim et al. hjärnaktiviteten hos möss och kunde visa att en framgångsrik uppmärksamhet kännetecknas av en ökad aktivitet av en specifik typ av inhiberande nervceller, parvalbumin celler, och högre oscillerande aktivitet i gammafrekvens i främre hjärnbarkens lokala nätverk. Det har nyligen visats att kodning av arbetsminne i främre hjärnbarken är kopplat till utbrott av gamma-oscillationer, en diskontinuerlig nätverksprocess som kännetecknas av korta perioder av intensiva oscillationer av det lokala nätverket i gammafrekvens . Relationen mellan uppmärksamhet och arbetsminne är oklar, och det är möjligt att dessa två kognitiva processer delar kodningsprinciper. För att minska detta gap av kunskap har den elektrofysiologiska datan som samlats in i Carlén Lab analyserats med avancerade spatio-temporala tillvägagångssätt. I synnerhet har vi analyserat utbrott i gammaaktivitet i främre hjärnbarken under uppmärksamhet och undersökt likheterna med gamma- utbrott observerade under arbetsminne. Gamma-bandutbrott under uppmärksamhet påvisades på ett tillförlitligt sätt med flera metoder. Vi har karaktäriserat flera funktioner hos utbrotten, inklusive förekomsten, varaktigheten och amplituden. De enskilda cellernas aktivitet undersöktes även under och utanför utprotten av gamma-oscillationer. Vi undersökte sambandet mellan de olika kriterier som karakteriserar gamma-utbrott under framgångsrik mot misslyckad allokering av uppmärksamhet. Kontrolldata genererades för att diskutera de erhållna resultaten. Syftet med studien var att utforska hypotesen att den främre hjärnbarken kodar uppmärksamhet genom gamma-utbrott, vilket kan avslöja vissa likheter och skillnader i kodning av centrala kognitiva processer. Ingen klar skillnad hittades i karaktäriseringen mellan framgångsrik och misslyckad allokering av uppmärksamhet. Dessutom var resultaten mycket likartade i kontrolluppsättningen och den ursprungliga datan. Ingen underliggande mekanism kunde identifieras ur denna analys. Eftersom de utbrott som uppstod i gamma-bandet i främre hjärnbarken inte var unika med hänsyn till de olika testade förhållandena, tycks de därför inte koda information relaterad till uppmärksamhet.

La recherche des dernières décennies nous a offert une compréhension détaillée des processus par lesquels les aires visuelles du cerveau reconstituent les signaux physiques de l’environnement pour en générer des représentations. Cependant, la proposition selon laquelle la perception serait également le produit d’inférences et attentes, qui nous permettraient d’interpréter plus exactement les informations entrantes à l’aide d’expériences passées, est récurrente dans l’histoire des neurosciences cognitives. Le predictive coding (PC), qui est actuellement un modèle influent de la perception, propose qu’un des rôles principaux du cerveau est de prédire les informations entrantes. L’apprentissage visuel serait ainsi orienté en fonction d’informations n’ayant pas été correctement prédites ou d’erreurs de prédiction. Le PC est associé depuis quelques années par le phénomène de suppression neuronale (SN), où la réduction graduelle de l’activité cérébrale associée au traitement répété d’un stimulus, représenterait la réduction des erreurs de prédiction. Cette thèse propose premièrement que bien que la SN puisse être le reflet d’un processus assimilable au PC, celle-ci ne le représente possiblement qu’en partie. Une mesure additionnelle reflétant la correction ou l’ajustement des prédictions déclenché par l’erreur de prédiction serait alors nécessaire. Dans un premier temps, une revue critique des principaux courants de la recherche sur l’apprentissage est présentée sous la forme d’un chapitre de livre du domaine plus large du développement des capacités d’apprentissage. Celle-ci permet de préciser les aspects fondamentaux de l’habituation, la SN et la capacité à associer des éléments en mémoire, ainsi que l’importance de caractériser ces phénomènes aussi pleinement que possible par l’utilisation de nouvelles mesures, ce qui motive les études expérimentales présentées subséquemment. Par la suite, une première étude visant à identifier une mesure complémentaire à celle de la SN reflétant un processus d’ajustement de prédictions est présentée. Cette mesure, nommée entropie multi-échelles (EME), offre une estimation de la quantité d’information d’un signal électroencéphalographique (EEG) et de la capacité de traitement des réseaux neuronaux sous-jacents. La première hypothèse de cette étude était donc que la SN serait accompagnée d’une augmentation de l’EME au-dessus de la région occipito-temporale lors d’un apprentissage de visages. Puisque les phénomènes reflétés par la SN et l’EME s’appuieraient sur la contribution de régions distantes dont le cortex préfrontal dorsolatéral, la deuxième hypothèse était que ces mesures seraient altérées par une modulation exogène de l’activité de cette région préfrontale par stimulation électrique transcrânienne à courant direct (SETCD). Les résultats ont montré que le signal EEG présentait à la fois une SN et une augmentation de l’EME avec l’apprentissage. De plus, la modulation préfrontale par SETCD a entraîné des variations de l’EME de la région occipito-temporale, sans toutefois avoir un impact sur la mesure de SN. La première étude suggère ainsi que la SN et l’EME reflètent des mécanismes cérébraux impliqués dans l’apprentissage visuel et compatibles au modèle de PC. Dans la deuxième étude, l’hypothèse d’une association entre les mesures de SN et d’EME a été reprise, cette fois dans le contexte d’un apprentissage visuel relationnel, étant donné le potentiel que représente les connaissances d’associations passées entre items pour la génération de prédictions. Dans ce contexte, des effets de SN et d’augmentation d’EME ont été obtenus à nouveau et étaient associées à la réussite de l’encodage d’associations de visages-paysages. Un deuxième aspect de cette étude visait à investiguer la présence d’effets semblables chez de jeunes enfants sains, étant donné plusieurs études suggérant que le PC et la mémoire relationnelle soient fonctionnels dans la première année de vie. Cependant, étant donné l’absence d’effets dans ce groupe, les résultats de la deuxième étude suggèrent que la présence du PC tôt dans le développement s’appuie possiblement sur d’autres ressources que la mémoire relationnelle. Les études de cette thèse sont une première démonstration du potentiel que représentent les mesures de SN et d’EME dans la compréhension des mécanismes qui sous-tendent la perception et l’apprentissage visuel. / Research over the last decades has offered detailed knowledge of the processes by which visual areas use physical signals from the environment to represent it accurately. However, the proposition that perception also relies on inferences and predictions based on past experience to allow more efficiency in the interpretation of incoming signals has been recurrent throughout the history of cognitive neuroscience. In recent years, the predictive coding (PC) model, which proposes that the brain acts as a predictor of incoming information, has been influential in this field. Learning is therefore driven by prediction error and encoding is essentially restricted to unpredicted inputs, thus allowing adjustments to predictions. PC has been associated with repetition suppression (RS), whereby the gradual reduction in brain responses associated with the repeated processing of a stimulus is thought to represent prediction error reduction. This thesis proposes that although RS may be attributable to a PC process, it may not represent it fully. To do so would necessitate the use of an additional measure reflecting prediction adjustments carried out as a consequence of prediction error. A critical review of the principal currents in the cerebral mechanisms underlying learning is presented first. This review underlines the fundamental aspects of habituation, RS and the ability to associate elements to one another in memory and the importance of characterizing these phenomena fully using new measures of learning, which motivates the experimental studies presented next. Then, a study aimed at identifying a measure complementary to RS and reflecting a prediction adjustment process is presented. This measure, named multiscale entropy (MSE), offers an estimation of the information content of an electroencephalogram (EEG), and of the underlying neural networks. The first study’s main hypothesis was that RS would be accompanied with an increase in MSE over occipito-temporal areas during learning of faces. As the processes reflected by these measures would rely on distal contributions including the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), the second hypothesis was that exogenous modulation of this region using transcranial direct current stimulation (tDCS) would alter RS and MSE effects found over occipito-temporal cortex. As predicted by hypotheses, EEG signal showed both RS and MSE increase from the first presentation of a face to the second over occipito-temporal sites. Additionally, prefrontal tDCS modulated brain signal complexity over right occipito-temporal cortex during learning, but did not influence RS over the same region. The first study therefore suggests that RS and MSE reflect mechanisms involved in learning of visual stimuli that appear compatible with the PC account of perception and learning. In the second study the hypothesis of an association between RS and MSE increase was investigated again, this time in the context of a visual relational memory task, given the high potential past associations of items represent for prediction generation. In this context, RS and MSE increase effects were replicated in study trials leading to correct associations of face-landscape pairings. The second study also investigated the presence of similar effects in a sample of young healthy children, given that recent studies have found evidence of both PC mechanisms and relational memory ability emerging in the first year of life. However, given the lack of effects in this sample of participants, we suggest that while PC mechanisms may emerge early, relational memory may contribute later in the course of development. Together, the studies presented in this thesis represent the first demonstration of the potential the combined use of measures of RS and signal complexity represent in further understanding the cerebral underpinnings of visual perception and learning.

Within the prefrontal cortex, the frontal eye field (FEF) and the inferior frontal junction (IFJ) are crucial regions that mediate attention, working memory, and cognitive control functions. I comprehensively reviewed the neuroimaging evidence on these regions, suggesting that they are specialized in the control of spatial versus non-spatial visual processing, respectively, and hypothesized that their connectivity fingerprints might underlie these roles. To accurately infer the localization of these regions in standard space, I carried out an activation likelihood estimation (ALE) fMRI meta-analysis using tasks that reliably engage these regions. Prosaccade and antisaccade tasks were included in the FEF sample, whereas oddball/attention, n-back, Stroop and task-switching experiments were included in the IFJ sample (n = 35 and 32, respectively). The ALE technique revealed the strongest convergence of activations at the junctions of the superior precentral sulcus and superior frontal sulcus for the FEF, and the inferior precentral sulcus and inferior frontal sulcus for the IFJ. I employed the resulting ALE peaks to perform a meta-analytic connectivity modeling analysis to uncover their whole-brain fMRI coactivations and decoded these patterns to infer significant associations with behavioral domains. The ALE peaks from a subsample of the previous meta-analysis were used to analyze 3T diffusion MRI data released by the Human Connectome Project from 56 unrelated subjects. Using a surface-based probabilistic tractography approach, I tracked streamlines ipsilaterally from the FEF and IFJ to regions of the dorsal and ventral visual streams on the native white matter surface parcellated using the atlas by Glasser et al. (2016). By contrasting their connectivity likelihood, I found predominant structural connectivity from FEF to regions of the dorsal visual stream (particularly in the left hemisphere) compared to the IFJ, and conversely, predominant structural connectivity from the IFJ to regions of the ventral visual stream compared to the FEF. These results were replicated when accounting for the distance between FEF, IFJ, and the target regions. The connectivity fingerprints of the FEF and IFJ provide converging evidence of their specialization in the control of spatial vs non-spatial processing, which is mediated by long-range white matter association pathways. The results presented in this dissertation overall support the view that the two-visual stream architecture extends to the human prefrontal cortex, as was originally hypothesized in the macaque based on tract tracing and neurophysiological evidence.