Anatomie Fonctionnelle Cérébrale : ce que nous comprenons de l

23/05/12
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Enseignement National DES de Médecine Physique et de Réadaptation
et DIU de Rééducation
Module : Rééducation Neuropsychologique. 18 - 20 Avril 2012
Anatomie Fonctionnelle Cérébrale :
ce que nous comprenons de
l’organisation cérébrale
en 2012...
Xavier de Boissezon
Service de MPR – CHU Toulouse
[email protected]
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Module : Rééducation Neuropsychologique. 18 - 20 Avril 2012
Plan de l’enseignement…
• Le Cerveau : se repérer et s’orienter…
• Les outils pour comprendre
• L’anatomie du Langage en 2012
• La Vision : le « What » et le « Where »
• De la Vigilance à l’(in-)attention : Le Default Mode Network
• De l’attention à la concentration : Le réseau exécutif
• Les neurones « miroirs » : L’intégration sensori-motrice
• Le cerveau stimulé… TMS et TDCS
• Le cerveau prolongé : Interface Cerveau Machine
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La Voie du « What » et celle du « Where »
• Découverte majeure en neurophysiologie :
organisation du cortex visuel du singe selon 2 voies
(Leslie Ungerleider et Mortimer Mishkin, 1980)
• Voie dorsale : Where ?
– Mouvement
– Localisation
• Voie ventrale : What ?
– Identification
– Reconnaissance
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L’organisation générale des systèmes neurofonctionnels dans
le cerveau répond à une spécialisation relative en sous-
systèmes où l’on distingue :
• une voie ventrale faisant
surtout appel à l’identification
d’entités en Mémoire à Long Terme
• une voie dorsale faisant surtout
appel à une analyse et une combinaison
d’entités en Mémoire de Travail
Dépasse largement la vision :
A
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Voie Dorsale : « Where ? »
• Impliqué dans l’orientation spatiale, l’orientation du
regard, le guidage du geste…
• Lésion = Syndrome de Balint, ataxie optique, apraxie
du regard, simultagnosie...
!
!
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Voie Ventrale: « What ? »
• Impliqué dans l’identification grâce à ses connexions
avec le système hippocampique et limbique
• Lésion = Agnosie visuelle… ?
!
!

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Plan de l’enseignement…
• Le Cerveau : se repérer et s’orienter…
• Les outils pour comprendre
• L’anatomie du Langage en 2012
• La Vision : le « What » et le « Where »
• De la Vigilance à l’(in)attention : Le Default Mode Network
• De l’attention à la concentration : Le réseau exécutif
• Les neurones « miroirs » : L’intégration sensori-motrice
• Le cerveau stimulé… TMS et TDCS
• Le cerveau prolongé : Interface Cerveau Machine
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• Default Mode Network :
– Mode de fonctionnement par défaut du cerveau ?
– Réseau recruté par défaut ?
– Activité Cérébrale Intrinsèque ?
Désactivations
lors de 9 tâches
Débit au repos
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Default Mode Network
• Cortex Cingulaire Post.
• Précunéus
• Cortex Orbito-frontal
• Quel Rôle ?
– Introspection ? Attention portée à soi-même ?
– Réserve fonctionnelle ? (20% de conso O2 …)
– Etat de « rêve éveillé », conscience ?
• Cohérence du DMN reliée :
– À l’état de conscience (sommeil, coma, EVC-EPR, LIS)
– A la performance (démence, sujets sains)
• Activation du DMN = annonce la chute attentionnelle
Damoiseau et al., PNAS 2005
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Plan de l’enseignement…
• Le Cerveau : se repérer et s’orienter…
• Les outils pour comprendre
• L’anatomie du Langage en 2012
• La Vision : le « What » et le « Where »
• De la Vigilance à l’(in-)attention : Le Default Mode Network
• De l’attention à la concentration : Le réseau exécutif
• Les neurones « miroirs » : L’intégration sensori-motrice
• Le cerveau stimulé… TMS et TDCS
• Le cerveau prolongé : Interface Cerveau Machine
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Le réseau exécutif
• Le réseau anti-corrélé au DMN
• Cortex Cingulaire Antérieur (dorsal) et GFS mésial
• Op Frontal Insula Bilatéral
• Attention
« Soutenue »
Cingulo-Operculaire
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Le réseau exécutif… bis
• Le réseau de l’erreur… et de la correction
• Cortex Dorsolatéral PréFrontal (Droit)
• Cortex Pariétal Inférieur
• Attention
« Dynamique »
Fronto-Pariétale Latérale

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Plan de l’enseignement…
• Le Cerveau : se repérer et s’orienter…
• Les outils pour comprendre
• L’anatomie du Langage en 2012
• La Vision : le « What » et le « Where »
• De la Vigilance à l’(in-)attention : Le Default Mode Network
• De l’attention à la concentration : Le réseau exécutif
• Les neurones « miroirs » : L’intégration sensori-motrice
• Le cerveau stimulé… TMS et TDCS
• Le cerveau prolongé : Interface Cerveau Machine
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Le système des neurones « miroirs »
• Découvert par Rizzolatti…
• Enregistrement en neurone unique chez le singe
• Neurones qui codent pour :
– La réalisation d’un geste
– La vision du geste fait par autrui
– L’imagination du geste ?
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Le système des neurones « miroirs »
• Découvert par Rizzolatti…
• Enregistrement en neurone unique chez le singe
• Neurones qui codent pour :
– La réalisation d’un geste
– La vision du geste fait par autrui
– L’imagination du geste ?
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désignation de l’action par les verbes = imagerie motrice de
l’action : « quand dire c’est faire »
Hauk et al., Neuron 2004 voir aussi Tettamanti et al., 2004
Neurones miroirs et langage :
Réponses
somatotopiques
induites par le
traitement
linguistique de
l’action
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Plan de l’enseignement…
• Le Cerveau : se repérer et s’orienter…
• Les outils pour comprendre
• L’anatomie du Langage en 2012
• La Vision : le « What » et le « Where »
• De la Vigilance à l’(in-)attention : Le Default Mode Network
• De l’attention à la concentration : Le réseau exécutif
• Les neurones « miroirs » : L’intégration sensori-motrice
• Le cerveau stimulé… TMS et TDCS
• Le cerveau prolongé : Interface Cerveau Machine
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Stimulations Cérébrales non invasives
• Stimulations magnétiques transcrâniennes
(TMS, rTMS, ThétaBurst...)
• Stimulations couplées : centrale et
périphérique (PAS, IPAS...)
• Stimulations Galvaniques : TDCS
• Excitatrices ou inhibitrices selon :
– la fréquence (rTMS)
– la polarité (TDCS)
– le contexte d’utilisation (toutes)

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Stimulations Magnétique
Transcrânienne (TMS)
• Arsène d’Arsonval, 1896:
• Phosphènes Magnétiques
• Blickford & Freeming, 1965:
• Stimulation Magnétique (sinusoïdal)
• Scheffield University, 1982:
• Champ Magnétique
• Avec courant monophasique.
• Barker, Jalinous & Freeston,
– 1985: 1er appareil TMS
– & 1er PEM enregistré.
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TMS :Principes de bases
• Décharge électrique dans une bobine
• (4000 to 5000 A)
• Fluctuation rapide du champ magnétique
(2T, 100µs)
• Non atténué par peau et crâne
• Induit un courant éléctrique dans le cortex
et une dépolarisation neuronale.
• Non invasif, mais peu focal
• Le champ magnétique conduit le courant
électrique de la bobine au cortex
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Stimulations Magnétique Transcrânienne :
Différents types de bobines
• Bobines en forme
de 8 : action plus
focale
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Stimulations Magnétique Transcrânienne :
Différents modes de stimulation
• Single pulse:
• Étude du faisceau corticospinal (amplitude et latence du MEP)
• Mesure de l’excitabilité corticale
• Seuil Moteur : plus petite intensité avec PEM pour 50% des stim.
• Seuil Visuel : plus petite intensité avec phosphène pour 50% des stim.
• Cartographie des cortex primaires moteur ou visuel
• Paired-Pulse Stimulation:
• Étude de l’excitabilité corticale : effet différent selon le délai Inter-Stimulus
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Stimulations Magnétique Transcrânienne :
Différents modes de stimulation
• Single pulse
• Paired-Pulse Stimulation
• TMS répétitive (rTMS):
– modulation de l’excitabilité corticale : Stimulation ou inhibition
– Effets dépendant de la fréquence, du nbre et de la longueur des trains…
– Sécurité : risque comitial à haute fréquence / intensité (Wassermann, 1999)
• Theta Burst Stimulation (TBS) :
! Post-effet ≈ 45 à 60 min pour 600 pulses (sur M1)
• Mode “Lesion-like” : lésion fonctionnelle focale et transitoire
• Mode Stimulant : quelques études sortent chez le patient
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Stimulations Couplées :
Paired Associative Stimulation (PAS)
• stimulation périphérique électrique du nerf médian
• + stimulation magnétique du cortex moteur primaire
• Répétées pendant 30 mn
• Intervalle de 25 ms ou 10 ms
• Modification durable et réversible
• Postulat de Hebb : renforcement des
Synapses reliant des neurones
co-Activés
Stefan et al. 2000
+

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Stimulations Galvaniques Transcrâniennes :
Transcranial Direct Current Stimulation (TDCS)
! Mécanisme d’action :
! Courant continu appliqué entre 2 électrodes éponges : 1 mA
! Anode : activation = hypopolarisation membranaire
! Cathode : inhibition = hyperpolarisation membranaire
! Sensation de picotements : on / off … sham possible
! Risque (si oubli !) : brulure caustique
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Stimuler la plasticité cérébrale ?
• Déséquilibre de l’inhibition inter-hémisphérique :
– hypo-activité de l’Hémipsh. Lésé
– hypo-inhibition par l’HL de l’HS
– Hyper-activité de l’Hémiph. Sain
– Hyper-inhibition de l’HL par l’HS
• Double peine pour l’Hémisphère Lésé
• Objectif Thérapeutique de la stimulation :
– inhiber l’Hémisphère Sain
– pour libérer l’Hémiphère Lésé
• Autre solution : Stimuler directement l’Hémiph.
Lésé
lésion
+
-
-
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Plan de l’enseignement…
• Le Cerveau : se repérer et s’orienter…
• Les outils pour comprendre
• L’anatomie du Langage en 2012
• La Vision : le « What » et le « Where »
• De la Vigilance à l’(in-)attention : Le Default Mode Network
• De l’attention à la concentration : Le réseau exécutif
• Les neurones « miroirs » : L’intégration sensori-motrice
• Le cerveau stimulé… TMS et TDCS
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