Bruno Dubois, Olivier Colliot, Marc Teichmann, Martina Sundqvist, Alexandre Routier, FRONTLAB: Fonctions et dysfonctions de systèmes frontaux [ICM Paris] (FRONTlab), Institut du Cerveau = Paris Brain Institute (ICM), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Algorithms, models and methods for images and signals of the human brain (ARAMIS), Sorbonne Université (SU)-Inria de Paris, Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut du Cerveau = Paris Brain Institute (ICM), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut Curie [Paris], Université Paris sciences et lettres (PSL), Mathématiques et Informatique Appliquées (MIA Paris-Saclay), AgroParisTech-Université Paris-Saclay-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU), This research has received funding from the program 'Investissements d’avenir' ANR-10-IAIHU-06 (Agence Nationale de la Recherche-10-IA Agence Institut Hospitalo-Universitaire-6). O.C. is supported by a 'Contrat d’Interface Local' from Assistance Publique-Hôpitaux de Paris (AP-HP)., ANR-19-P3IA-0001,PRAIRIE,PaRis Artificial Intelligence Research InstitutE(2019), Routier, Alexandre, Institut de la Mémoire et de la Maladie d'Alzheimer [CHU Pitié-Salpétriêre] (IM2A), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU), FRONTlab - Systèmes frontaux : fonctions et dysfonctions (FRONTlab), Institut du Cerveau et de la Moëlle Epinière = Brain and Spine Institute (ICM), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP], Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP], Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Institut du Cerveau et de la Moëlle Epinière = Brain and Spine Institute (ICM), Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Mathématiques et Informatique Appliquées (MIA-Paris), Institut de la Mémoire et de la Maladie d'Alzheimer [Paris] (IM2A), Sorbonne Université (SU), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Pitié-Salpêtrière [AP-HP], Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Assistance publique - Hôpitaux de Paris (AP-HP) (AP-HP)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-AgroParisTech-Université Paris-Saclay
Cognitive neuroscience exploring the architecture of semantics has shown that coherent supramodal concepts are computed in the anterior temporal lobes (ATL), but it is unknown how/where modular information implemented by posterior cortices (word/object/face forms) is conveyed to the ATL hub. We investigated the semantic module-hub network in healthy adults (n = 19) and in semantic dementia patients (n = 28) by combining semantic assessments of verbal and nonverbal stimuli and MRI-based fiber tracking using seeds in three module-related cortices implementing (i) written word forms (visual word form area), (ii) abstract lexical representations (posterior–superior temporal cortices), and (iii) face/object representations (face form area). Fiber tracking revealed three key tracts linking the ATL with the three module-related cortices. Correlation analyses between tract parameters and semantic scores indicated that the three tracts subserve semantics, transferring modular verbal or nonverbal object/face information to the left and right ATL, respectively. The module-hub tracts were functionally and microstructurally damaged in semantic dementia, whereas damage to non-module-specific ATL tracts (inferior longitudinal fasciculus, uncinate fasciculus) had more limited impact on semantic failure. These findings identify major components of the white matter module-hub network of semantics, and they corroborate/materialize claims of cognitive models positing direct links between modular and semantic representations. In combination with modular accounts of cognition, they also suggest that the currently prevailing “hub-and-spokes” model of semantics could be extended by incorporating an intermediate module level containing invariant representations, in addition to “spokes,” which subserve the processing of a near-unlimited number of sensorimotor and speech-sound features.