The prefrontal cortex (PFC) subserves cognitive control: the ability to coordinate thoughts or actions in relation with internal goals. Its functional architecture, however, remains poorly understood. Using brain imaging in humans, we showed that the lateral PFC is organized as a cascade of executive processes from premotor to anterior PFC regions that control behavior according to stimuli, the present perceptual context, and the temporal episode in which stimuli occur, respectively. The results support an unified modular model of cognitive control that describes the overall functional organization of the human lateral PFC and has basic methodological and theoretical implications.

Incoming sensory information is often ambiguous, and the brain has to make decisions during perception. "Predictive coding" proposes that the brain resolves perceptual ambiguity by anticipating the forthcoming sensory environment, generating a template against which to match observed sensory evidence. We observed a neural representation of predicted perception in the medial frontal cortex, while human subjects decided whether visual objects were faces or not. Moreover, perceptual decisions about faces were associated with an increase in top-down connectivity from the frontal cortex to face-sensitive visual areas, consistent with the matching of predicted and observed evidence for the presence of faces.

Summary

 The prefrontal cortex subserves executive control, i.e., the organization of action or thought in relation to internal goals. This brain region hosts a system of executive processes extending from premotor to the most anterior prefrontal regions that governs the temporal organization of behavior. Little is known, however, about the prefrontal executive system involved in the hierarchical organization of behavior. Here, we show using magnetic resonance imaging in humans that the posterior portion of the prefrontal cortex, including Broca's area and its homolog in the right hemisphere, contains a system of executive processes that control start and end states and the nesting of functional segments that combine in hierarchically organized action plans. Our results indicate that Broca's area and its right homolog process hierarchically structured behaviors regardless of their temporal organization, suggesting a fundamental segregation between prefrontal executive systems involved in the hierarchical and temporal organization of goal-directed behaviors.

Computational modeling and behavioral experimentation suggest that human frontal lobe function is capable of monitoring three or four concurrent behavioral strategies in order to select the most suitable one during decision-making.

Selecting the most successful strategy The brain's prefrontal cortex helps us to make decisions in an uncertain and constantly changing environment. Donoso et al. present a model of human reasoning as an algorithm implemented in the prefrontal cortex (see the Perspective by Hare). Brain-imaging experiments supported this model. Depending on the prevailing circumstances, human reasoning can either adapt ongoing behavioral strategies or switch to previously learned strategies. Only when neither approach is appropriate will the brain create new strategies. Science , this issue p. 1481 , see also p. 1446

The frontopolar cortex (FPC), the most anterior part of the lateral prefrontal cortex corresponding to Brodmann area 10, is involved in human high-order cognition, including reasoning, problem-solving and multitasking. Its specific contribution to prefrontal executive function, however, remains unclear. A neurocomputational model suggests that the FPC implements a basic process referred to as cognitive branching that maintains a task in a pending state during the execution of another, and enables to revert back to it upon completion of the ongoing one. However, the FPC is engaged in other cognitive functions including prospective memory, relational reasoning, episodic memory retrieval and attentional set-shifting, which are not directly linked to the notion of cognitive branching. Here we used a neurocomputional branching model to simulate the involvement of the FPC in these various cognitive functions. Simulation results indicate that the model accounts for the variety of FPC activations observed in these various experimental paradigms. Thus, the present study provides theoretical evidence suggesting that all these behavioral paradigms implicitly involve branching processes, and supports the idea that cognitive branching is the core function of the human frontopolar cortex.

Everyday life features uncertain and ever-changing situations. In such environments, optimal adaptive behavior requires higher-order inferential capabilities to grasp the volatility of external contingencies. These capabilities however involve complex and rapidly intractable computations, so that we poorly understand how humans develop efficient adaptive behaviors in such environments. Here we demonstrate this counterintuitive result: simple, low-level inferential processes involving imprecise computations conforming to the psychophysical Weber Law actually lead to near-optimal adaptive behavior, regardless of the environment volatility. Using volatile experimental settings, we further show that such imprecise, low-level inferential processes accounted for observed human adaptive performances, unlike optimal adaptive models involving higher-order inferential capabilities, their biologically more plausible, algorithmic approximations and non-inferential adaptive models like reinforcement learning. Thus, minimal inferential capabilities may have evolved along with imprecise neural computations as contributing to near-optimal adaptive behavior in real-life environments, while leading humans to make suboptimal choices in canonical decision-making tasks.