Les neurones miroirs et les syndromes autistiques

Les neurones miroirs
et les syndromes autistiques
Sarah Bismuth
Vincent Ernest
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UE 9
25/10/2011
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Les neurones miroirs
Chez le singe
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Chez le singe
Découverte des neurones miroirs
En 1996.
Découverte fortuite
(serendipity) par l’équipe
italienne menée par Giacomo
Rizzolatti, médecin et biologiste
italien et directeur du
département de neurosciences
de la faculté de médecine de
Parme.
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Chez le singe
Découverte des neurones miroirs
Enregistrements chez le singe montrant une activation d’un groupe de
neurones dans le une région du cortex prémoteur frontal (zone F5) :
  Lorsque le singe effectue une action (préhension d’un objet)
Lorsque le singe observe le scientifique reproduire cette action.
Chez le singe, les neurones miroirs :
 Combinent à la fois une fonction motrice et une fonction visuelle.
 Sont spécifiques d’une action donnée
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Introduction :
les neurones miroirs
Chez l’Homme
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Chez l’Homme
Découverte chez l’Homme
Preuve apportée en 2010 par les techniques d’imagerie médicale et
neurophysiologiques.
Mise en évidence dans l’aire de Broca et dans le cortex pariétal
inférieur d’une zone de neurones activés à la fois quand le sujet
effectue une action et lorsqu’il observe un autre individu effectuer une
action similaire
En raison d’une localisation diffuse
des neurones miroirs, on parle de
système de neurones miroirs.
De nombreuses connexions :
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Chez l’Homme
Caractéristiques chez l’Homme
Le système de neurones miroirs (SNM):
 s’active lors de l’observation, de la planification et lors de
l’accomplissement d’une action
S’active aussi (à moindre mesure) à l’observation de mouvements
sans finalité, comme lever les bras
(contrairement au singe)
 S’active également à la vue d’une action en l’absence de son
objet, par exemple : mimer la préhension d’une tasse
(contrairement au singe)
 Véritable répertoire moteur (expérience danseurs Calvo-Merino et
al, 2004).
 8
 Joue un rôle dans la compréhension
des actions et des intentions d’autrui
(imitation, apprentissage)
mais aussi dans la compréhension des
émotions (empathie, théorie de l’esprit)
et dans le langage.
Chez l’Homme
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Chez l’Homme
Du fait de ses implications dans la compréhension des
actions d’autrui, voire de leurs émotions (empathie),de
nombreux chercheurs ont tenté de corréler les troubles du
spectre autistique à un déficit du système des neurones
miroirs.
L’autisme est-il la conséquence de neurones miroirs
défaillants ?
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Comment mesurer l’activité des
neurones
miroirs ?
Le rythme
mu
Le rythme mu est un signal entre 8 et 10
Hz localisé dans la région centrotemporale (plan passant par les deux
oreilles et le sommet du crâne).
Dès que le patient bouge, observe ou
imagine un mouvement, il disparaît.
Le principal rythme visible correspond à
la zone motrice des mains et se visualise
principalement sur les électrodes C3 et
C4 (l'hémisphère gauche contrôle la
main droite et vis versa).
Dès 1954, on a pour idée que ce rythme
serait le reflet de l’activité de couplage
observation/exécution, aujourd’hui
imputée aux neurones miroirs.
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Le SNM, explication à l’autisme ?
«EEG evidence for mirror neuron dysfunction in
autism spectrum disorders », Oberman et al. 2005
But de l’étude : établir une relation entre les TSA et un
dysfonctionnement des neurones miroirs
Sujets d’étude : 10 personnes atteintes de TSA, 10
personnes contrôles d’âge, QI et sexe comparables.
Protocole : enregistrement d’EEG sous 4 conditions
• Mouvement de leur propre main
• Observation d’une main en mouvement (vidéo)
• Observation de 2 balles qui rebondissent (vidéo)
• Observation d’un bruit blanc visuel (témoin)
Le SNM, explication à l’autisme
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• Le groupe témoin montre
une atténuation
significative du rythme
mu à la fois lors de
l’observation de la main
en mouvement et lors de
l’exécution volontaire du
mouvement.
• Ne montre pas
d’atténuation significative
pendant l’observation de
la main.
Cette étude semble mettre en
évidence un dysfonctionnement du
SNM chez les patients atteints de TSA
Le SNM, explication à l’autisme
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  Une étude
complémentaire,
menée par Oberman
en 2008 a montré
que l’atténuation du
rythme mu était plus
importante lorsque le
mouvement de la
main était effectué
par une personne
familière au sujet.
Les patients atteints
de TSA
s’identifieraient plus
facilement à des
personnes qui leur
sont proches.
.
.
Le SNM, explication à l’autisme
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« EEG mu rythm and imitation impairments in
inviduals with autism spectrum disorder » 2007
R. Bernier et al.
 Contexte
: il a été montré par plusieurs études que
les personnes atteintes de TSA avaient de moins
bons résultats lors d’une imitation. Par ailleurs,
d’autres études (comme celle d’Oberman) ont
également montré une absence d’atténuation du
rythme mu lors de l’observation d’une action par
autrui.
Le SNM, explication à l’autisme
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 Objectif
de l’étude : établir une corrélation
entre déficits imitatifs chez des personnes
atteintes de TSA atténuation du rythme mu.
 Hypothèses
• • :
Les adultes autistes vont montrer de moins
bonnes performances imitatives, et ce déficit
sera couplé à une moins bonne atténuation du
rythme mu.
Il existerait une correspondance entre degré
d’atténuation du rythme mu et capacité à
imiter.
Le SNM, explication à l’autisme
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 Protocole:
Echantillon de 14 adultes atteints de
TSA et de 15 adultes comparables (âge, sexe, QI)
témoins à qui on fait observer, exécuter et imiter
des actions :
• Mouvements simples et séquences de
mouvements de la main
• Expressions faciales simples et en séquences
• Gestes requérant les deux mains
• Des mouvements simples, sans but (intransitifs)
• Des actions en relation avec un objet
Le SNM, explication à l’autisme
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 Résultats
:
- On observe de moins
bons résultats, que ce soit
pour l’imitation,
l’observation, et
l’exécution, pour les
sujets TSA.
- Corrélation entre
atténuation et capacités
d’imitation.
 Les 2 hypothèses semblent donc
confirmées
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 Une
autre étude menée par Dapretto s’est plus
spécifiquement attardée sur l’expression des
émotions faciales chez les personnes atteintes de
TSA : on observe une moindre activation du pars
opercularis lors de l’imitation d’émotion faciales.
 Cette étude a également établi une corrélation
entre ce degré d’activation et la sévérité des
troubles.
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Des mesures complémentaires…
 Des mesures du volume de matière grise ont mis en
évidence une réduction de la zone pars opercularis
(abritant des neurones miroirs) chez des enfants atteints
de TSA, laquelle est corrélée aux déficits en
communication sociale (2010, Yamasaki)
20
Mais…
Mais…
Les études précédentes laisseraient penser qu’un
dysfonctionnement des neurones miroirs est
responsable des TSA, notamment à travers
l’imitation.
Cependant, d’autres études apportent des résultats
discordants.
21
Mais…
De nombreuses études soutiennent l’hypothèse d’un
dysfonctionnement des neurones miroirs, à l’origine des TSA.
“EEG study of the mirror neuron system in children with
high functioning autism ”, R.Raymaekers et al.
But : montrer s’il existe bien un dysfonctionnement du SNM chez
les enfants atteints d’un autisme de haut niveau.
 Sujets : 20 enfants atteints, 19 enfants non atteints, 8-13ans, âge
et QI comparables
 Protocole : enregistrement d’EEG sous 4 conditions
• Mouvement de leur propre main
• Observation d’une main en mouvement (vidéo)
• Observation de 2 balles qui rebondissent (vidéo)
• Bruit blanc visuel
Ces phases ont été répétées, dans un ordre différent, afin d’éviter
les biais de mesure.
 22
Mais…
Résultats :
Atténuation maximale pour l’exécution volontaire de
l’action, moindre lors de l’observation.
Résultats similaires chez les témoins et les patients atteints
de TSA.
 Ces résultats se placent en opposition avec ceux obtenus
par l’équipe d’Oberman (2005)
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 De
la même manière que ces résultats
s’opposent à ceux obtenus par Oberman,
une étude menée par Fan en 2010 rejette
la corrélation entre suppression du rythme
mu et capacité d’imitation établie par
Bernier.
 En effet, Fan a bien observé de moins
bons résultats dans les tâches imitatives
chez les enfants atteints de TSA, mais sans
défaut de suppression du rythme mu…
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Mais…
“Normal Movement Selectivity in Autism”
Ilan Dinstein et al., paru dans Cell.
Prérequis
Les neurones impliqués dans la perception du mouvement, dont
les neurones miroirs, présentent comme caractéristique
fondamentale une « sélectivité » du mouvement.
En effet, une perception et une interprétation adéquates d’un
mouvement observé requièrent la capacité de distinguer ce
mouvement des autres en le représentant par une seul réponse
neuronale.
Si on émet l’hypothèse d’un dysfonctionnement des neurones
miroirs chez les personnes atteintes de TSA, on devrait observer
une détérioration de cette capacité.
Est-ce vraiment le cas ?
25
Mais…
Protocole 1
Observation à l’IRMf de l’activité des neurones miroirs chez un
groupe d’individus atteints de TSA et un groupe contrôle, soumis
à l’observation d’un mouvement (stimulation visuelle) ou à
l’exécution d’un mouvement (stimulation motrice)
Exécution
Observation
La réponse du SNM est la même dans les 2 groupes,
contrairement aux études précédentes
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Comment évaluer la « sélectivité de
mouvement » ?
La sélectivité du mouvement inérante aux
neurones miroirs est la capacité à distinguer un
mouvement d’un autre.
Dans ce cas, la reconnaissance du mouvement
fera que lors de l’observation et l’exécution
répétée, il existera un phénomène
d’adaptation, qui fera que l’activation sera de
moins en moins puissante.
Ainsi, s’il existe bien un dysfonctionnement des
neurones miroirs chez les enfants atteints de TSA,
on ne devrait pas observer de phénomène
d’adaptation.
27
Mais…
Protocole 2
Observation à l’IRMf de l’activité des neurones miroirs chez un
groupe d’individus atteints de TSA et un groupe contrôle, soumis à
l’observation répétée d’un mouvement (adaptation au stimulus
visuel) ou à l’exécution répétée d’un mouvement (adaptation à la
stimulation motrice)
Observation
Exécution
Aut Ctrl Aut Ctrl
Aut Ctrl Aut Ctrl
L’adaptation du SNM aux stimuli visuels/moteurs répétés est la
même dans les 2 groupes.
 Ces 2 résultats postulent en faveur d’une intégrité du SNM chez
les patients atteints de TSA.
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Conclusion
Explications potentielles à ces apparentes
contradictions :
• Hétérogénéité des TSA
• Rythme mu propre au SNM ?  difficultés à isoler la
réponse des neurones miroirs…
• Même problème avec l’imitation : de nombreuses
populations neuronales sont impliquées dans ces
processus (visuelles, motrices…), pas seulement le SNM…
Ouverture
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 De
nombreuses études en cours qui parfois se
complètent, et parfois s’opposent.
 Ex
: anticipation (Schmitz et al.)
Ex : Piste développementaliste, mais l'âge semble
ne pas avoir d’influence (Enticott et al., 2011)
 C’est
donc une une découverte discrète mais
capitale, majoritairement exploitée dans le cas
des TSA.
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« La découverte des neurones miroirs est
absolument renversante. C’est aussi la
découverte la plus importante et elle est
pratiquement négligée parce qu’elle est si
monumentale que nul ne sait qu’en faire. »
R. Sylvester
« La découverte des neurones miroirs est la
plus importante nouvelle non-transmise de
la décennie. Je prédis que les neurones
miroirs feront pour la psychologie ce que
l’ADN a fait pour la biologie. »
V.S. Ramachandran
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Références
 Découverte
: les neurones miroirs
http://www.youtube.com/watch?v=iZ1P7NjY4hA
Normal Movement Selectivity in Autism, Dinstein et al.
 EEG evidence for mirror neuron dysfunction in autism spectrum disorders,
Oberman et al.
 EEG mu rhythm and imitation impairments in individuals with autism spectrum
disorder, Bernier et al.
 L’autisme est-il la conséquence de neurones miroirs défaillants ?, Christina Schmitz
 The Mirror Neuron System, Cattaneo et al.
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