DESGRANGES Béatrice

Mémoire épisodique
ENDEL TULVING
Mémoire des évènements inscrits dans un contexte
spatial et temporel précis : autobiographique
Neuroimagerie, vieillissement et
démence (mémoire épisodique)
†
†
†
†
†
Importance pour le self, l’identité
Orientée vers le passé : la seule
Voyage mental dans le temps subjectif (passé, futur)
Conscience autonoétique
Permet de revivre nos expériences passées
Béatrice Desgranges
†
†
†
†
†
†
Se développe tardivement sur le plan ontogénétique
Se détériore facilement
Concept récent sur le plan phylogénétique
Probablement spécifique à l'Homme
Relation étroite avec la mémoire sémantique
Dépend d’un réseau cérébral largement distribué
Equipe Mixte
Inserm-Université de Caen E 0218
Mesures par TEP au repos : DSC,
CMRGlg, CMRO2
en activation : DSC (15O)
Ecran d’ordinateur
Miroir
1
Paradigmes hiérarchisés
tâche expérimentale et tâche contrôle (ou de référence)
ne diffèrent (en théorie) que par un processus cognitif
Mémoire épisodique
Etude séparée de l’encodage et du rappel et supports
anatomiques différents
Ex : Etude de l’encodage de mots
Tâche expérimentale = mémoriser un mot écrit
Tâche de référence : lire un mot
1ères études : Squire et al. (1992) ; Grasby et al. (1993)
Activations du cortex préfrontal et de l’hippocampe
activation préfrontale : relativement inaperçue
Mesure du DSC pendant ces tâches
Méthode soustractive (expérimentale - contrôle) pour identifier
les structures cérébrales impliquées dans l’encodage
Données neuropsychologiques / cortex frontal
Au printemps 1994
Modèle HERA : Hemispheric Encoding Retrieval Asymmetry
Tulving et al., PNAS, 1994
2 publications majeures
† Shallice et al. (encodage et récupération)
† Tulving et al. : revue
† Rôle du cortex préfrontal dans la mémoire
épisodique
Habib et al., TICS, 2003
2
Encodage de mots
Encodage de visages non familiers
Encodage incident avec décision vivant/non vivant versus détection lettre A
Meilleure reconnaissance des mots après traitement profond
Grady et al. 1995,
Haxby et al., 1996
Kapur et al., 1994
Grady et al. 1995, Haxby et al., 1996
Substrats de l’encodage et de la
récupération
ENCODAGE
RECUPERATION
TACHES
CIBLES
ENCODAGE
INTENTIONNEL
+
Décision
Vivant/Non Vivant
RAPPEL
INDICE
TACHES DE
REFERENCE
LECTURE
SILENCIEUSE
+
Décision
Vivant/Non Vivant
COMPLETEMENT DE
DEBUTS DE MOTS
Bernard et al., Neuroreport, 2001
3
Mémoire épisodique verbale
Encodage intentionnel vs lecture de mots
HERA – meta-analysis
Rappel vs complètement de mots
Modèle HERA : nuances
Modèle très discuté, en contradiction avec les
données classiques (verbal = G, visuel = D)
Cortex préfrontal droit et récupération : OK
Cortex préfrontal G et encodage : surtout vrai pour le
matériel verbal
Kelley et al. (1998)
Matériel visuo-spatial : implication du cortex préfrontal D
(B si matériel verbalisable)
4
Rôle du cortex préfrontal
dans le rappel
Sites REMO : Lepage et al,
PNAS 2000
Deux hypothèses:
1) le cortex préfrontal intervient quel que soit le
type de recherche effectué (rappel libre,
reconnaissance, facile, difficile..)
« retrieval mode » sites « REMO » (Lepage et
al., 2000)
BA 10 Bilatérale (pôle frontal)
BA 47/45 Bilarérale
BA 8/9 dorsolatérale droite
Cingulaire antérieur
Schacter et al., 1996
Rappel facile
Rappel difficile
2) Il intervient surtout dans certains types de rappel :
Schacter et al. (1996)
Deux tâches de rappel indicé identiques pendant la mesure
TEP
Après encodage différent :
1. mots vus 1 fois, traités superficiellement
2. mots vus 4 fois, traités sémantiquement
Rappel indicé facile
Rappel indicé difficile
Cortex préfrontal et rappel stratégique
Hippocampe et rappel ecphorique
Schacter et al. (1996)
5
Mémoire prospective
Mémoire autobiographique
(Gilboa, 2004)
similitudes et
différences:
D vs G
DL vs VL
Simons et al., Neuropsychologia, 2006
Hippocampe et mémoire
épisodique
† Différents processus cognitifs (émotion – VL)
† Plus de contrôle (monitoring) dans les tâches
de laboratoire (éviter les omissions, fausses
reconnaissances, répétitions..) : DL - droit
† Dimension sémantique des souvenirs évoqués?
† Argument sup pour distinguer mémoire
épisodique et tâches de ME
Rôle bien établi par les données de la
neuropsychologie et de l’expérimentation animale
Au départ, absence d’activation hippocampique
dans plusieurs études
Problèmes méthodologiques : résolution des
caméras et paradigmes de soustraction
6
encodage nouvelles associations noms-visages
Ensuite, de nombreuses études ont montré
des activations hippocampiques lors de :
† le rappel (ecphorique) (Schacter et al.,
1996)
† l’encodage
Sperling et al., JNNP, 2003, IRMf
Activation plus importante pendant l’encodage
d’items correctement rappelés que pendant
l’encodage des items oubliés
Dolan & Fletcher, Nature, 1997
Avant acquisition des données: présentation de paires de mots
catégorie-exemplaire (ex chien-boxer)
4 conditions pendant le scan:
-nouveau-nouveau (tissu-velours)
-Nouveau-ancien (sportif-boxe(u)r)
-Ancien-nouveau (chien-dalmatien)
-Ancien-ancien (chien-boxer)
Wagner et al. (1998)
7
Détection nouveauté
Hippocampe et latéralité
† Activations droites pour les
stimuli visuo-spatiaux
† Activations gauches pour
les stimuli verbaux
Chauffeurs de taxi londoniens
(Maguire; IRM)
† Hi post plus gros chez eux/ contrôles
† Plus gros chez les + expérimentés
Davachi, CON, 2006
8
Méta-analyse 54 études d’activation
Substrats de l’encodage et de la
récupération (suite)
Bernard et al., 2001
ENCODAGE
RECUPERATION
TACHES
CIBLES
ENCODAGE
INTENTIONNEL
+
Décision
Vivant/Non Vivant
RAPPEL
INDICE
TACHES DE
REFERENCE
LECTURE
SILENCIEUSE
+
Décision
Vivant/Non Vivant
COMPLETEMENT DE
DEBUTS DE MOTS
Lepage et al., Hippocampus 1998; 8: 313-322
Corrélation entre le DSC lors de l’encodage
intentionnel et les performances en rappel indicé
Rappel
d’informations
récemment
acquises?
théories de la consolidation : Squire vs Nadel et
Moscovitch
Activité prédictrice d’une bonne performance
9
Consolidation des souvenirs au cours du
temps : Étude IRMf (Viard et al.,
al., 2006)
Analyse des ROIs
1 run = 5 min
A
B
A
5 périodes de vie
5 événements
/période
A
B
A
A
B
A
B
A
B
A
Stimulus visuel = 5 s
A
A
A
B
A
B
A
B
A
B
A
A
B
B
B
B
A
Période 1
A
B
B
A
A
A
A
B
B
A
B
= 25 min
Période 2
3
A
B
Temps Total
2
B
B
B
1
B
4
B
A
B
5
Période 3
Évocation = 19 s
A: rappel indicé; B: tâche intentionnelle
En résumé
Période 4
hippocampe D (p = 0.005)
hippocampe G (p = 0.017)
Cortex préfrontal : asymétrie encodage/rappel (qui
s’étend à d’autres structures)
Hippocampe : encodage ; récupération ; association
entre éléments (binding); activité prédictrice d’une
bonne performance
Période 5
Autres structures :
cortex cingulaire antérieur et postérieur, cervelet,
thalamus, cortex temporo-pariétal, Precuneus,
amygdale
hippocampe G (p = 0.05)
10
Hippocampe et amygdale
Phelps (2004)
Corrélation entre activation amygdale pendant l’encodage et rappel
ultérieur de stimuli + (a) et – (b) (Hamaan et al., 1999)
Cortex pariétal = Récupération
Naghavi et Nyberg, 2005
Région étendue latérale et
médiane (précunéus, cing post)
Différentes parties = différents
processus? (récupération
réussie, reconnaissance
incorrecte (fausses alarmes),
réponses R, identification de la
source
Wagner et al., TICS, 2005
11
Réseau distribué de structures
Les différentes structures ne sont pas
toutes impliquées dans une tâche
donnée
Conclusions
† Une région peut être “critique” pour
un processus cognitif donné, mais le
processus met en jeu d’autres régions
† Régions critiques essentielles ;
études de patients cérébrolésés
† Une même région peut participer à
plus d’une fonction
Cabeza et Nyberg, 2000 : 275 études
Process
Areas
Attention
9
Working Memory (object)
9, 46, 45,44
Semantic Memory Retrieval
(Categorization)
45
Episodic Memory Encoding (Object)
6, 9, 46, 45,44
Episodic Memory Retrieval
(nonverbal)
10, 9, 44
Chez les sujets sains âgés
Imaging Cognition II: An empirical Review of 275 PET
and fMRI Studies; J. Cognitive Neuroscience, 2000
12
Déclin cognitif lié à l’âge…
Modifications cérébrales au cours
du vieillissement normal
Park et al., 2002
Différentes méthodes d’analyse ayant entraîné des conclusions
contradictoires
⇒Par régions d’intérêt ou voxel par voxel (le cerveau est étudié sans a priori
dans son ensemble)
⇒Etudes transversales ou longitudinales
Î Consensus concernant le cortex frontal: atrophie ou
hypométabolisme prédominants.
variabilité inter-fonction
Pas de consensus concernant l’hippocampe : Ou préservation, ou atteinte
(mais moindre que dans le cortex frontal).
Mémoire sémantique, effets d’amorçage, mémoire procédurale
Données fonctionnelles : TEP
IRM-VBM : Good et al., 2001
Garraux et al., 1999 (N = 43)
(N = 465)
Corrélations positives (hippocampe, amygdale, cortex entorhinal et
thalamus) = relative préservation
Comparaison de groupes
13
Population d’étude: 45 sujets sains âgés de 20 à 83 ans
IRM structurale
Quelles sont les régions les moins altérées?
Corrélation négative entre le volume de SG et l’âge en
chaque voxel du cerveau => atrophie (diminution de SG)
=> En lien avec des processus neurocognitifs préservés, hypothèse
de la réserve cognitive.
Thalamus
Cortex préfrontal
Valeur à [2; 40; 35]
Parties antérieures
de la formation
hippocampique
Cortex occipital
Autres régions altérées: cortex pariétal, cervelet, région postérieure de la formation
hippocampique.
Kalpouzos et al.,, soumis
Kalpouzos et al.,, soumis
Conclusion de Kalpouzos et al
1. Résultats en accord avec l’hypothèse développementale
Les premières régions à s’être développées phylo- et ontogénétiquement
sont les plus résistantes aux effets de l’âge (système limbique, noyaux
sous-corticaux), tandis que les dernières sont les plus vulnérables (cortex
frontal).
2. La préservation de l’hippocampe et du cortex cingulaire postérieur dans
le vieillissement normal contraste avec l’atteinte précoce de ces deux
structures dans la maladie d’Alzheimer
3. La dissociation entre l’altération frontale et la préservation
hippocampique expliquerait les effets de l’âge sur les capacités altérées
vs. Maintenues en mémoire épisodique.
Kalpouzos et al.,, soumis
14
Sperling et al., JNNP, 2003, IRMf
Etudes d’activations sujets âgés
encodage nouvelles associations noms-visages
1. activations équivalentes
2. moins d’activation
Vs Tâche de fixation (not shown)
3. plus d’activation
Pas de différence d’activation Hi
Vs associations répétées (figure)
Hipp G = Différence NS
Hipp D = moins d’activation
Conclusion = peu de modif au niveau Hippocampique
Récupération
Rappel facile
Encodage
Rappel difficile
Moins d'activation frontale = problème de
récupération stratégique
Schacter et al., 1996
Moins d'activation frontale G = problème d’encodage
Grady et al., 1995
15
Logan et al., 2002, encodage de mots
Plus d’activation frontale
a) Encodage spontané = sousrecrutement frontal G
† Activité préfrontale moins latéralisée
b) Encodage orienté
(sémantique) réversible
† Modèle HAROLD (Cabeza, 2002) :
chez les âgés = Réduction de l’AH
hemispheric asymmetry reduction in old
adults
Il ne s’agit donc pas de modif structurales, ou hémodynamiques
Récupération
Encogage : Logan et al., 2002
2 types de modifications au sein du cx frontal
1) Sous-recrutement frontal G lors de l’encodage spontané de mots
2) Recrutement supplémentaire frontal D (BA 6/44)
Jeunes
a)
Cabeza et al. 1997
c)
Madden et al., 1999
b)
Backman et al., 1997
d)
Grady et al. 2000
Agés
16
Mémoire sémantique : Persson et
al, 2004
Cabeza, 2002 (et al., 1997)
Pas un pb local : la
même région diminue
ou augmente selon la
tâche
Sujets jeunes
Sujets âgés
Génération de verbes : « ciseaux = couper »
Interprétation
1) Modèle de dédifférentiation (Li et Lindenberger,
2) Modèle de la compensation
†
Hyp : tâches plus coûteuses pour les âgés, recrutent les 2
hémisphères pour compenser
†
Rôle compensatoire (alors les performances doivent être
bonnes)
1999)
†
Inverse de la différentiation qui s’opère dans l’enfance
(capacité globale se ramifie en capacités spécialisées)
†
difficulté à recruter des processus spécifiques
1.
Sujets jeunes : Modèle CARA (Nolde et al., 1998) : tâches
complexes vs simples
†
Argument = corrélations entre les performances
cognitives et sensorielles augmentent avec l’âge
2.
Patients : Récupération après lésion cérébrale (régions
contralatérales) : motricité, langage
Arguments :
17
Modèles testés par Cabeza et al., 2002
3 groupes de sujets sélectionnés sur la base d’une large
batterie de tests de mémoire
1) Jeunes ; 2) âgés "mauvais"; 3) âgés "bons"
Tâche de récupération (rappel de la source)
Processus de compensation (maintien des
performances)
… jusqu’à un certain point…
Résumé
† Modifications des activations : Modèle HAROLD
† Domaines : surtout la mémoire (épisodique,
sémantique, travail), mais aussi : perception,
contrôle/inhibition, motricité
† Harold s’applique à l’asymétrie liée aux processus
et à l’asymétrie liée au matériel
† Interprétation de la réduction : dédifférentiation vs
compensation
Conclusion
† Recherche sur le VN dominée par le modèle « du
déclin »
† vision trop pessimiste : sous-activations réversibles,
sur-activations compensatoires
† variabilité II , «vieillissement réussi»
† Réserve cognitive (Stern, 2002, Scarmeas et al., 2004
; Whalley et al., 2004)
† = éducation + occupation
Persson & Nyberg, 2006
Progress in Brain Research
18
Imagerie fonctionnelle et
maladie d’Alzheimer
Trois approches
1.Études en TEP au repos
2.Activations en TEP et IRMf
3.Corrélations cognitivo-métaboliques
IRM : étude de groupe (Baron et al., 2001)
Distribution des DNF
(Delacourte et al., 1999)
Traitement statistique par SPM (VBM) : diminution de Subs. Grise
19
Hypométabolisme dans la MA (N = 40)
Altérations structurales et fonctionnelles :
discordances
IRM : Atrophie
SPM (statistical parametric
mapping)
Desgranges et al., Revue Neurologique, 2004
IRM et TEP
TEP : Hypométabolisme
Baron et al., NeuroImage, 2001
Hypométabolisme dans le MCI
1) Atteinte fonctionnelle
massive du cortex
cingulaire postérieur
Coronale
Sagittale
G
Sagittale
D
Coronale
G
D
Transverse
Transverse G
G
D
D
Chételat et al., 2003, Brain
20
Converteurs / non converteurs
Sagittale
Converteurs Rapides
Non Converteurs
Coronale
G
Effet à distance
D
Transverse
G
CINGULAIRE
POSTÉRIEUR
Atrophie
D
Chételat et al., Neurology, 2003
2) Le paradoxe hippocampique
(Minoshima et al., 1997 ; Meguro et al., 1999; Garrido et al., 2002…)
Etude multicentrique (N = 395)
Résultat retrouvé dans la
plupart des études TEP MA ou MCI (Mosconi et al.,
2005 : 195/200)
Herholz et al., 2002
21
Problèmes méthodologiques?
Encodage de paires visages-noms
MCI
(Performances MCI normales en
reconnaissance)
Rq : pas de perte neuronale significative : altérations fonctionnelles d’abord?
5 études/200 hypométabolisme hippocampique :
ROI (Mosconi et al., 2005)
Nestor et al., 2003
Études d'activation dans la MA
Dickerson et al., Neurology, 2005
Sperling et al., JNNP, 2003, IRMf
encodage associations noms-visages
•Diminution des activations hippocampiques (Backman et
al., 1999 ; Kato et al., Neurology, 2001 ; Rombouts et al.,
2000 ; Small et al., 1999 ; Sperling et al., 2003 ; Machulda
et al., Neurology, 2003)
•Augmentation des activations frontales (Becker et al.,
1996; Woodard et al., 1998; Backman et al., 1999; Starr et
al., 2005) (et autres régions)
•MA : Reconnaissance inférieure (60%)
• ⇓ DSC hippocampique
• ⇑ DSC précuneus, cing post et cortex frontal G
⇒"mécanismes compensatoires"
22
Pariente et al., 2005, IRMf ev
Becker et al. Neurology, 1996, TEP
Encodage de mots
Sujets contrôles
Patients MA
Hypoactivation chez MA (encodage efficace /encodage
inefficace)
Pariente et al., 2005
Augmentation d'activation dans le cortex
frontal
= Mécanismes "compensatoires"
Arguments : Aires frontales
•affectées plus tardivement que les aires postérieures
•impliquées dans les processus exécutifs (recours à l'effort)
Compensation? Ou tentative de compensation?
Études antérieures : les performances des patients sont globalement
inférieures
Hyperactivation chez MA lors de l’encodage
Cependant, dans ces études, pas de lien direct entre performances et
activations frontales
23
Rémy et al., NeuroImage, 2005, IRMf
Mêmes résultats que Garrido
De plus : corrélation positive entre activations frontales et
performances mnésiques
Corrélations cognitivo-métaboliques
Examen TEP
CMRGlc au repos (18FDG)
Évaluation détaillée de la mémoire
† Progrès énormes
† Difficultés : contrôle de l’activité
cognitive, différence de complexité des
tâches; égalisation des performances;
adaptation des tâches; risque = plus les
mêmes processus cognitifs (Stern et al.,
2000)
† Tâches brèves, très ciblées
Maladie d’Alzheimer
19 patients
MMS = 20,2 ± 3,5
¾ Profil compatible
avec le modèle
hiérarchique de Tulving
Mémoire épisodique
Mémoire sémantique
Mémoire de travail
Systèmes de représentation
perceptive
Mémoire procédurale
(SPM)
Desgranges et al., Cortex, 1996
24
Bases cérébrales des troubles
mnésiques
Influence de la sévérité de la démence
Desgranges et al., Brain, 2002
Rappel d'histoire
20 patients
Démence légère
Région hippocampique
⇒ Troubles précoces
Mémoire à court terme
Mémoire sémantique
Mémoire épisodique
20 patients
Démence modérée
Néocortex temporal G
⇒ Mécanismes
"compensatoires"
Desgranges et al., Brain, 1998
HYPOMÉTABOLISME
MENTIEL DE LA MA (CHEZ LES CONVERTEURS)
HYPOM TABOLISME AU STADE PRÉD
PR DÉMENTIEL
Sagittale
Coronale
G
MILD COGNITIVE IMPAIRMENT
Sagittale
Coronale
D
Transverse
G
D
Transverse
G
G
CINGULAIRE
POSTÉRIEUR
TEMPORO
- PARIÉTAL
DROIT
D
D
Converteurs Rapides
Non Converteurs
Chételat et al.,
Neurology, 2003
25
Corrélation avec le déclin ultérieur
Conclusion
Meilleure compréhension des troubles de mémoire et de
leurs substrats neuronaux (hippocampe et cortex
cingulaire postérieur)
0.2
0
Valeurs de
nCMRglu
TP droit
Mécanismes compensatoires : hippocampe et néocortex
(Frontal et Temporal)
-0.2
-0.4
-0.6
Diagnostic précoce : recherche de marqueurs
-0.8
-10
-5
0
5
10
15
Pourcentage de déclin au
score total de la Mattis
"Imagerie du futur" : visualisation des plaques séniles
et des DNF; efficacité des traitements
Chételat et al., Neurocase, 2005
Marqueur de PS + DNF
FDDNP
IRM
TEP
MA
SS
Shoghi-Jadid et al. Am J Ger Psychiatry 10, 24-35 (2002)
Small et al., NEJM, 2006
26