Les techniques d`imagerie cérébrale
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Langage et communication II Enseignante: Stéphanie Riès Laboratoire de psychologie cognitive [email protected] Plan du cours 1ère séance: Communication animale et spécificité du langage humain I. La communication animale II. Langage et évolution III. Le langage humain, une forme de communication animale? 2ème séance: Le langage humain, approche multidisciplinaire I. Les apports de la neuropsychologie du langage II. L'approche comportementale III. Les techniques de neuro-imagerie 2ème séance: Le langage humain, approche multidisciplinaire I. Les apports de la neuropsychologie du langage a. Aphasie de Broca b. Aphasie de Wenicke c. Aphasie de conduction d. Autres types d'aphasies e. Autres troubles du langage II. L'approche comportementale: aperçu III. Les techniques de neuro-imagerie 1. Les méthodes anatomiques 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: TEP et IRMf b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG et MEG Les apports de la neuropsychologie du langage Neuropsychologie ou méthode anatomo-clinique: = faire des corrélations entre les déficits fonctionnels et les lésions de certaines aires du cerveau. Aphasie : perte partielle ou complète de l’utilisation du langage consécutive à des lésions cérébrales, le plus souvent sans altération des facultés cognitives, ni de l’aptitude à mobiliser les muscles utilisés dans l’articulation des mots. Historiquement, c'est la première technique à nous avoir renseigné sur les régions cérébrales impliquées dans le langage. Les apports de la neuropsychologie du langage a. Aphasie de Broca Paul Broca (1824-1880) Mr "tan-tan" LOBE FRONTAL Trouble de l'articulation du langage: l’aphasie de Broca Aire de Broca Les apports de la neuropsychologie du langage a. Aphasie de Broca - Trouble de la production orale et écrite - Débit de parole lent voire stéréotypé - Manque du mot - Agrammatisme - Problèmes de répétition - mais compréhension relativement bonne DECOUPAGE ANATOMIQUE: LES AIRES DE BRODMANN : division du cortex cérébral en 52 aires classification cytoarchitectonique exemple: aires de Broca 44 et 45 de Brodmann Les apports de la neuropsychologie du langage b. Aphasie de Wernicke Karl von Wernicke (1874) Patients avec discours fluent mais vide de sens (jargon). Aire de Wernicke associée à la compréhension du langage Les apports de la neuropsychologie du langage b. Aphasie de Wernicke - syntaxe et grammaire très peu touchées - débit rapide, parfois hyperfluent - vocabulaire ok - articulation ok - discours incompréhensible, dénué de sens - Propositions s'enchaînant sans construction logique - paraphasies phonémiques (parfois jusqu'au néologisme) ou sémantiques. - perturbation de la compréhension orale Les apports de la neuropsychologie du langage b. Aphasie de Wernicke Écriture par copie très altérée aussi Les apports de la neuropsychologie du langage « L'arc réflexe psychique » selon Wernicke a : Centre cortical postérieur: Forme auditive du mot b : Centre cortical antérieur: Image motrice du mot Les apports de la neuropsychologie du langage c. Aphasie de conduction ● ● ● Bonne compréhension Langage fluide Trouble dans les tests de répétition: transformation, omission, erreurs paraphasiques Lésion des fibres du faisceau arqué qui relie l'aire de Wernicke à l'aire de Broca Les apports de la neuropsychologie du langage Le modèle de Wernicke-Geschwind (fin 19ème) Cortex auditif Wernicke (image auditive des mots) Gyrus angulaire Broca (image motrice des mots) Répétition de mots entendus Cortex moteur Les apports de la neuropsychologie du langage Le modèle de Wernicke-Geschwind (fin 19ème) Mais modèle critiqué: car il implique que chaque étape ne peut se faire que successivement = modèle sériel. Ne tient donc pas compte de certains troubles partiels du langage. ● Ne dit rien à propos des structures impliquées dans le traitement grammatical par exemple. ● Les apports de la neuropsychologie du langage d. Autres types d'aphasies ● ● ● Aphasie transcorticale motrice: répétition OK mais production altérée. Aphasie transcorticale sensorielle: répétition OK mais compréhension altérée. Anomie: manque du mot peut être spécifique à certaines catégories: visages, objets manipulables. H. Damasio et al, 2004 A: difficulté à nommer les personnes B: difficulté à nommer les objets manipulables Les apports de la neuropsychologie du langage d. Autres types d'aphasies ● Aphasie globale: lésion d'une grande partie de l'hémisphère gauche Les apports de la neuropsychologie du langage d. Autres troubles du langage ● Alexie: le patient a des problèmes de lecture Les apports de la neuropsychologie du langage d. Autres troubles du langage Zone du langage (Dejerine, 1892): • Centre des images motrices des mots (Broca) • Centre des images auditives des mots (Wernicke) • Centre des images graphiques des mots (g. angulaire) • Conversions graphèmes/phonèmes (g. fusiforme ?) Les apports de la neuropsychologie du langage d. Autres troubles du langage Dans l'alexie pure, selon Dejerine: Les apports de la neuropsychologie du langage d. Autres troubles du langage Analyse moderne des lésions: identification de la région occipito-temporale ventrale gauche (entre le lobe occipital et le lobe temporal) comme site récurrent de lésions chez les patients atteints d'alexie pure. Les apports de la neuropsychologie du langage d. Autres troubles du langage Analyse moderne des lésions: Lésions du corps calleux absence d’activation de la région occipitotemporal gauche perte de la capacité de lire des mots présentés à gauche = syndrome d’ « hémi-alexie » Les apports de la neuropsychologie du langage d. Autres troubles du langage Agraphie: le patient a des problèmes d'écriture (représentations orthographiques atteintes mais représentations phonologiques préservées) ● Lésion au niveau inféro-temporal, au niveau de l'aire de la forme visuelle des mots. Pas de lésion au niveau péri-sylvien Les apports de la neuropsychologie du langage d. Autres troubles du langage S'il y a alexie + agraphie, selon Dejerine: 2ème séance: Le langage humain, approche multidisciplinaire I. Les apports de la neuropsychologie du langage II. L'approche comportementale III. Les techniques de neuro-imagerie L'approche comportementale ● Années 1950's: Behaviorisme = Stimulus -> -> Réponse Pas étudiée 1957: Chomsky, le behaviorisme ne suffit pas à expliquer l'apprentissage du langage -> il faut en découvrir les règles: grammaire ● ● A partir des années 60's: perspective cognitiviste -> Qu'y-a-t'il dans la boîte noire? La psychologie cognitive cherche à caractériser les processus mentaux et les composantes impliquées dans le traitement de l’information L'approche comportementale ● ● ● Ce qui est mesuré: variable dépendante = temps de réaction, erreurs, mouvements oculaires... Ce qui est observé: effets des variables indépendantes choisies par l'expérimentateur Paradigmes expérimentaux: constituent un outil majeur de l'étude du comportement Permettent d'étudier des périodes précoces du traitement de l'information: exemple: paradigmes d'amorçage subliminal ● L'approche comportementale Paradigme d'amorçage subliminal: Mots identiques: radio – radio vs. RADIO – radio Mots différents: miel – radio vs. MIEL - radio L'approche comportementale L'utilisation de modèles modèle: ensemble de boîtes et de flèches qui aident le chercheur à se représenter le fonctionnement du système cognitif Exemple: Le sujet sait ce qu'est le stimulus: accès au sens Accès au sens de la phrase Accès à l'ordre des mots: syntaxe Etape de traitement n°2 Etape de traitement du stimulus n°1 Stimulus (signal perçu) Accès aux mots Décomposition des sons Sons de la parole Puis, modèles testés par ordinateur = neurosciences computationnelles 2ème séance: Le langage humain, approche multidisciplinaire I. Les apports de la neuropsychologie du langage II. L'approche comportementale III. Les techniques d'imagerie cérébrale Les techniques d'imagerie cérébrale 1. Les méthodes anatomiques Permettent de voir le cerveau statique ● Le Scanner aux rayons X: Principe: Dispositif: Les techniques d'imagerie cérébrale 1. Les méthodes anatomiques ● Le Scanner aux rayons X: ce qu'on observe Cerveau sain: Cerveau atteint d'une tumeur: Les techniques d'imagerie cérébrale 1. Les méthodes anatomiques Exemple de cliché scanner: Lésion provoquant une alexie Les techniques d'imagerie cérébrale 1. Les méthodes anatomiques ● L' Imagerie par Résonnance Magnétique anatomique (IRMa) H O H PROTON N S Dipôle <-> Aiguille aimantée d’une boussole N S Les techniques d'imagerie cérébrale 1. Les méthodes anatomiques ● L' Imagerie par Résonnance Magnétique anatomique (IRMa) le phénomène RMN Champ magnétique constant POLARISATION + Onde radio Onde radio RESONANCE RELAXATION Pour résumer: le phénomène RMN Onde RF Les techniques d'imagerie cérébrale 1. Les méthodes anatomiques ● L' Imagerie par Résonnance Magnétique anatomique (IRMa) dispositif Champ magnétique constant Onde radio-fréquence Les techniques d'imagerie cérébrale 1. Les méthodes anatomiques ● L' Imagerie par Résonnance Magnétique anatomique (IRMa) Cerveau sain: Cerveau malade: Les techniques d'imagerie cérébrale 1. Les méthodes anatomiques ● L' Imagerie par Résonance Magnétique anatomique (IRMa) Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: TEP et IRMf Principe: Méthodes hémodynamiques O2 glucose oxyhémoglobine désoxyhémoglobine Neurone au repos O2 Neurone actif Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: TEP ● Principe: On injecte dans le sang un traceur radioactif (oxygène ou glucose). On observe la concentration de ce traceur dans le corps. O2 ou Glucose radioactif Neurone au repos Neurone actif Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: TEP ● Principe: La désintégration de l’élément radioactif provoque l’ émission de photons dans 2 directions opposées ... Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: TEP ● Dispositif: Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: TEP ● Ce qu'on observe: Petersen et al., Science, 1988 Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: TEP ● Ce qu'on observe: Exemple plus récent: zones de corrélation entre état anomique et métabolisme PET Trébuchon et al., Brain, 2009 Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: IRMf ● Principe: O2 glucose oxyhémoglobine désoxyhémoglobine Neurone au repos O2 Neurone actif Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: IRMf ● Principe: O2 O2 O2 O2 L’oxyhémoglobine Pas de perturbation du champ magnétique La désoxyhémoglobine molécule perturbant le champ magnétique Quand le neurone est en activité, le rapport oxyhémoglobine/desoxyhémoglobine change, le champ magnétique est donc modifié Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: IRMf ● Dispositif: Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles a. Les méthodes fonctionnelles indirectes: IRMf ● Ce qu'on observe: Les techniques d'imagerie cérébrale Exemple de l' "aire de la forme visuelle des mots": a celle mise en évidence par l'aphasiologie. Les techniques d'imagerie cérébrale Exemple de l' "aire de la forme visuelle des mots": L'aire de la « forme visuelle des mots » se trouve activée chez tous les lecteurs normaux Les techniques d'imagerie cérébrale Nous reconnaissons les mots quelques soit la position qu’ils occupent = Invariance pour la position Réponse invariante de la région occipito-temporale ventrale gauche quelle que soit la position des mots. Les techniques d'imagerie cérébrale Mots reconnus quelquesoit leur casse: Invariance pour la casse Sensibilité de la région occipito-temporale ventrale gauche à la fois pour radio-radio mais aussi pour RADIO - radio Région occipito-temporale ventrale gauche reconnait que « A » et « a » correspondent, à un niveau abstrait, au même stimulus Dehaene et al., Nature Neuroscience, 2001 Les techniques d'imagerie cérébrale Autre exemple d'étude en IRMf: Alario et al., Brain Research, 2006 Les techniques d'imagerie cérébrale Autre exemple d'étude en IRMf: Alario et al., Brain Research, 2006 Outils: Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG et MEG ● Bases physiologiques PPSE PPSI K+ + _ Les techniques d'imagerie cérébrale b. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG et MEG Champ électrique Champ magnétique Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG et MEG ● Bases physiologiques Electrodes ou capteurs loin des sources d'activité Seule l'activité d'un ensemble important de neurones orientés dans le même sens peut être captée Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG et MEG Le dipôle équivalent Dipôle équivalent = activité de plusieurs centaines voir de milliers de neurones Orientation du dipôle équivalent dans l’espace, visibilité selon la technique Composante radiale Composantes tangentielles Rayon de la tête dipôle radial, champ dipôle tangentiel, magnétique non champ magnétique visible, champ visible, champ électrique visible électrique moins bien visible Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG et MEG ● Dispositif EEG MEG Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG et MEG ● Ce qu'on observe: Potentiels évoqués: Stimulation moyenne Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG et MEG Exemple d'étude EEG sur le langage: Kutas & Federmeller, TICS, 2000 Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG Inconvénient de l'EEG: mauvaise résolution temporelle à cause de la diffusion importante des courants D'après Parkonnen MEG moins sensible à ce problème Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG Problème: la mauvaise résolution spatiale se répercute sur la résolution temporelle. Exemple: si deux sources côte à côte génèrent une activité FPz C1 FPz C1 Activité moyennées dans le temps et dans l'espace! Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG Une solution possible: le Laplacien de surface Amélioration de la résolution spatiale et donc temporelle Babiloni et al. Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: EEG ● Ce qu'on observe: les rythmes ou bandes de fréquences: Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: MEG ● Ce qu'on observe: Champs évoqués: Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles b. Les méthodes fonctionnelles directes: MEG Dénomination de dessins en MEG Salmelin et al., Nature, 1996 Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles c. Les méthodes fonctionnelles directes invasives: EEG profond L'Electroencéphalographie de profondeur: exemple SEEG (=Stereotactic EEG) utilisée chez les patients épileptiques pharmacorésistants Exemple d'étude utilisant l'EEG profond: Trébuchon et al., Clinical Neurophysiology, 2009 Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles c. Les méthodes fonctionnelles directes invasives: la stimulation La stimulation intra-cérébrale • Penfield et Roberts (1959) • La stimulation de certaines zones interfère avec la parole. Wilder Penfield Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles c. Les méthodes fonctionnelles directes invasives: la stimulation Les données de la stimulation intra-cérébrale: Ojeman, 1979 A= arrêt du discours; N= anomie; G= erreurs grammaticales; J= jargon; R= impossibilité de lire; M= mouvement anormaux de la face Les techniques d'imagerie cérébrale 2. Les méthodes fonctionnelles c. Les méthodes fonctionnelles directes invasives: la TMS La Stimulation Magnétique Transcranienne (TMS): Principe: Dispositif: Le réseau du langage? Modèle de Geschwind- Wernicke Le réseau du langage? Selon F. Pulvermueller (« The neuroscience of language », 2007), les neurones sont organisés en « functional web » : Neurones fortement connectés entre eux Distribués sur un ensemble spécifique d’aires corticales Travaillent ensemble comme une unité fonctionnelle Chacun est nécessaire au fonctionnement optimal du « web ». L’activation d’une sous-partie du réseau entraîne l’activation du réseau entier (ignition). Le réseau du langage? Les « functional webs » du langage: Co-activation systématique => les mots sont codés par des assemblées de neurones situés dans ces deux régions. Functionnal web inclut le cortex auditif secondaire pour la perception de la parole et le cortex frontal contigu des aires motrices de l’appareil vocal pour la production de la parole. L’apprentissage des mots qui désignent des objets concrets ou des actions entraîne la formation d’un réseau qui comprend : la zone périsylvienne (IFG/STG) + les neurones des aires sensorielles et motrices relatives aux attributs de l’objet/action désigné(e). Ex. marteau Signature spatiotemporelle Le réseau du langage? Réseau de la dénomination de dessins selon Indefrey et Levelt Indefrey et Levelt, Cognition, 2004 Le réseau du langage? Réseaux de la dénomination de dessins selon H. Damasio et coll. Damasio et al., Cognition, 2004 Fin de la 2ème séance
