Comprendre le cerveau du Plan de la présentation I/ Quelques

Comprendre le cerveau du
dyslexique : la clinique et la recherche plus
que jamais indissociables
Michel Habib
Centre référent des troubles d'apprentissage
CHU Timone, Marseille
FRANCE
Plan de la présentation
• I/ Quelques généralités
– Définitions et notions basiques
– Comorbidités : un concept fondamental
• II/ Le cerveau du dyslexique
– Une morphologie singulière?
– Le cerveau en fonction : imagerie fonctionnelle
• III/ Mécanismes de la dyslexie : deux théories
I/ Quelques généralités
Dyslexie : définition
• Défaut d'apprentissage de la lecture-écriture
(orthographe seule chez l'adulte)
• Chez un enfant sans déficit intellectuel ou perceptif
et sans carence environnementale ou affective
• Avec des conséquences observables sur
l'intégration académique ou sociale
Avec cette même définition, on rapporte des incidences de 5 à
30%!!
Sans déficit intellectuel ?
En fait : "significativement en-dessous du niveau
escompté eu égard à l'intelligence mesurée" (DSM-IV)
"La perturbation interfère de façon
significative avec la réussite scolaire ou
les activités de la vie courante" (DSM-IV)
En fait, certains dyslexiques peuvent traverser tout le cursus scolaire
sans difficulté apparente : cas des intellectuellement précoces
1
La clinique neuropsychologique comme
base de réflexion
• Concevoir le cerveau de l'enfant comme un
cerveau adulte en puissance
• Une modularité certes relative (KarmiloffSmith), mais modulaire tout de même!
• Comprendre les associations de syndromes
(comorbidités)
Dyslexie et comorbidités…
• Importance de la notion de comorbidités : pour la
recherche, pour la clinique, pour la pédagogie
• D'autres entités ayant des mécanismes sous-jacents en
partie communs
• Des diagnostics basés sur des définitions également
très précises
• Le cas particulier du TDAH et trouble des conduites
• Des déficits, mais aussi des talents (précocité
intellectuelle?)
DYSLATÉRALITÉ (15)
DYSGRAPHIE/
TRB. DES
CONDUITES (11)
DYSORTHOGRAPHIE (37) / DYSPRAXIE (19)
55 cas
TDAH/
Déficit attentionnel (32)
DYSLEXIE
177 cas
Dysphasie (26)
+ tr. lang. oral (84)
Autisme
(2)
dyschronie
(45 cas)
Précocité
intellect.
(21)
Dyscalculie
(48 cas)
Inventaire des diagnostics posés chez 209 patients reçus successivement à
une consultation spécialisée de troubles d'apprentissage
dyslexie (N=177) : comorbidités
70
60
50
40
Trouble du développement du langage oral
Dysphasie
Dysorthographie
Dyschronie
Dyscalculie
Dysgraphie
Dyspraxie
Troubles attentionnels
63
42
30
38
35
II/ Le cerveau du dyslexique
20
26
10
15
18
13
0
1
Incidence des principaux syndromes associés au diagnostic principal
'dyslexie' (177 observations)
2
Aire de Wernicke
Planum temporale
Ectopies sur le cerveau dyslexique
(Galaburda et al., 1979, 1985)
G
D
Dyslexie : opercule pariétal gauche plus
vaste
PT
Planum
temporale
Planum
temporale
left
right
NON DYSLEXIC
DYSLEXIC
Absence of planum asymmetry in the dyslexic brain
From Galaburda et al., 1979; 1985
Teszner et al., 1972 :
asymétrie du planum déjà
présente sur un cerveau de fœtus à
terme
Einstein’s brain : no parietal opercula
(from Witelson et al., 1999)
3
R
40
20
30
10
20
0
Asym.
∂BR
∂PO
10
-10
-20
-10
-30
-40
0
-20
-30
DYS
VS
DYS
VS
Robichon et al. (2000) : réduction (inversion)
d’asymétrie de l’aire de Broca chez les adultes
dyslexiques
L
Leonard et al.
(2001) : extreme
leftward
asymmetry of
temporal and
parietal cortices
(15 college students vs 15
dyslexic adolescents)
Aire de
Broca
témoin
dyslexique
cervelet
Hypertrophie du corps calleux
Areas analysis : No areal differences
Shape analysis : shorter posterior midbody
dyslexique (2136)
témoin
4
Imagerie morphologique moderne (avec IRM)
Voxel-based morphometry (VBM)
Diffusion tensor imaging (DTI)
•10 dyslexic subjects (5 females, 5 males;
age range 13 to 57 years, mean 31.6 years)
belonging to four different families
characterized by the presence of a proband
with persistent, severe developmental
dyslexia
•11 matched controls
•Regions of reduction in grey matter volume
•PT bilat
•inferior temporal bilat
•Left sup and inf tempor gyrus
Détermine des régions de
différentes orientations
des fibres (anisotropie)
Moyennage de
densités de substance
blanche ou grise
Méthodes d'analyse du cerveau entier (non R.O.I.)
zone de différence
maximale d'anisotropie
entre 6 dyslexiques
adultes et 11 témoins
Corrélation
significative avec
les scores de
lecture
decrease
increase
Gray matter dyslex/controls
decrease
White matter dyslex/controls
Silani et al. (2005) : une zone temporale latérale d'augmentation de densité de
voxels corrèle inversement avec la performance en lecture
5
GM
•32 volunteers (14 male, 18
female).
•8.3–12.9 years mean 11.1
± 1.3 years
•30/32 right handed.
• aptitudes en lecture
variables évaluées par un
test d’identification de
mots
WM
Corrélation avec
performance en lecture :
voxels de plus forte
corrélation
En conclusion (1) : imagerie
morphologique
Voxel of higher
correlation
with word
identification rate
Rendre des rats dyslexiques ?
La microgyrie induite
Production d’un
sillon anormal
Lésions de « freezing » de la surface
corticale J1 post-natal
Observation de malformation sur le
cerveau adulte
Modification comportementale :
trouble de discrimination temporelle
Seulement chez les rats mâles (les
seuls à avoir des anomalies
thalamiques associées)
Galaburda et al., 2001
Réduction de la couche II
• Malgré des preuves convaincantes d'une latéralisation anormale
chez les dyslexiques, l'insistance initiale des chercheurs sur une
anomalie d'asymétrie s'avère aujourd'hui une piste décevante
• Il y a à présent un ensemble d'évidences hautement évocateur
d'une région très discrète de modification de la substance
blanche et à un moindre degré de la substance grise de la région
temporale gauche
• Ce siège est probablement impliqué à la fois dans les difficultés
de traitement auditif du dyslexique et dans ses anomalies
fréquentes d'établissement de la latéralisation hémisphérique
gauche du langage.
Souris dyslexiques : des ectopies
génétiquement déterminées
2 souches de souris (NZB et NXSM)
présentent à la naissance des
anomalies corticales et des troubles
d’apprentissage spatio-moteur
(labyrinthe)
Jenner AR, Galaburda AM,
Sherman GF, 2000.
6
DYX2 on 6p22
Translocation 3p12q11
DCX
DCX
ROBO1 has a role in regulating axon
crossing across the midline between
brain hemispheres and
guidance of neuronal dendrites
DCDC2 : deletion in strong linkage with reading performance
Contains doublecortine (DCX) gene domain (responsible for
lissencephaly & double cortex syndrome)
RNA present in cerebral tissue from reading-associated
regions
Thus should be associated to abnormal migration
Perte neuronale
physiologique des neurones
MIGRATION
NEURONALE :
1- compétition pour
l'établissement de
synapses
chaque neurone semble
"choisir" son rail glial
en fonction de la
2- des facteurs trophiques
déterminent, par leur
concentration au niveau des
terminaisons synaptiques,
la survivance ou
l'élimination des neurones
présence à la surface
de ce dernier de
certaines molécules,
dites molécules
d'adhésion
Total callosal area : group x country
interaction
F(1,60)=9.337; p=0.033
820
800
total callosal area
Effect of group (DYS/CONT) and
country (FR/ENGL) on callosal size
780
760
740
720
dyslex
control
700
680
french
english
7
En résumé : le cerveau singulier du
dyslexique
• Est constitué dès la naissance de manière
différente de la majorité des individus
• Sous l’influence de facteurs pré-nataux
complexes, sans doute en partie génétiques, en
partie d’environnement
• Mais l’environnement continue à le façonner
durant toute l’enfance (voire l’adolescence) :
l’éducation, la rééducation, la motivation…
cerveau singulier du dyslexique
(2) anatomie fonctionnelle
• Les zones activées par la lecture : une
illustration ‘on line’
• Imager le trouble phonologique : l’épreuve de
jugement de rimes
• Utilisation de l’imagerie fonctionnelle pour
observer l’effet d’un entraînement
• Utilisation de l’imagerie fonctionnelle pour
juger de l’effet du milieu
Aire de Broca
(articulation de la parole)
Zone temporale postérieure
(discrimination des sons)
Zone temporale
Inférieure (forme
visuelle des mots
écrits)
L’hémisphère gauche du cerveau humain et ses régions
activées par la lecture
150
400
100
• ~ 150ms after stimulus onset
Type II activation (sources location):
Strongest for visible words
• left predominant occipito-temporal
• correlates with time for word-reading
• increases with string length
• = letter-string specific
Magnetoencephalography (MEG) during word reading (Salmelin et al., 2000) : intact
perceptual processing, decreased VWFA activation, delayed semantic- temporal activation
8
CHAPEAU
CHAPEAU
Lecture normale : activation initiale et prédominante de la forme
visuelle des mots
Lecture chez un dyslexique :
Activation retardée de la forme visuelle
Activation excessive de l’aire de Broca
Enfant dyslexique
Test de conscience phonologique; enfant non dyslexique
TG
H
D
G
H
Lettres
riment?
Activation des régions auditive et
articulatoire de l’hémisphère gauche
Activation plus faible et plus antérieure
de l’aire de Broca
Absence d’activation temporale postérieure
Enfant dyslexique après entraînement (Fastforword®)
G
H
Réapparition des zones « éteintes »
Mais aussi…
… apparition de zones non activées précédemment (et non activées chez le
témoin) : mécanisme de compensation? réorganisation?
9
III/ Mécanismes de la dyslexie
Controls - dyslexics
Deux théories qui s'opposent
• La dyslexie est un trouble spécifique du langage, se
manifestant lors de l'apprentissage de la lecture,
directement lié au trouble phonologique
• La dyslexie ne peut s'appréhender qu'en tenant compte
des signes associés et dérive d'un déficit plus profond
ou plus élémentaire
–
–
–
–
trouble perceptif auditif
trouble temporel
trouble perceptif visuel
trouble moteur
Tallal et al., 1973-76
10
Mody et al., 1997 : le déficit
de discrimination auditive
chez le dyslexique est
spécifique à la parole par
rapport à la « non-parole »
Pour la non-parole, les
mauvais lecteurs ne sont pas
significativement différents
des témoins
Autre argument : si au
lieu de ba/da on teste
sa/sha, la différence
témoins/dyslexiques
disparaît
dyslex > control
Slowed speech
control > dyslex
Norm. speech
Deficits in speech perception predict language learning impairment
Johannes C. Ziegler*. Catherine Pech-Georgel*. Florence George*. F.-Xavier Alario*. and Christian Lorenzi§
Speech
+
Speech shaped noise
=
11
Lecture Pseudomots (% correct)
% correct identification
80
75
70
65
60
55
50
45
40
100
80
60
40
20
Pearson’s r = .88
0
30
40
50
60
70
80
Intelligibilité de la parole (% correct)
35
Témoins
dys
Epreuve visuo-attentionnelle
rétine
Cortex strié
Report Global
magno
A V T. S R
Réponse
parvo
AVTSR
Défaut du système magno-cellulaire :
- sensibilité aux contrastes
- persistance visuelle excessive
Epreuve visuo-attentionnelle
Whole report
Report Partiel
25
Letter identification
20
Laurent
Nicolas
7th Grade
3rd Grade
15
10
A V T. S R
5
Réponse
0
P1
P2
P3
P4
S
P5
Letter position
12
2,5
VA
Partial report
Sans déficit
(44%)
(22%)
1,5
12
0,5
Letter identification
10
-0,5
8
Laurent
Nicolas
7th Grade
3rd Grade
6
4
-1,5
-2,5
0
P1
P2
P3
P4
P5
Letter position
phonological factorial coefficient
2
dyslexics
-3,5
Mixte
15%
-3,0
20
Jonathan F
Sonia E
Denis S
15
Johan G
Julien P
Thomas A
10
Manon S
Frédéric S
5
Tiffany F
Kevin B
Arnaud O
0
Report G. 1
Report G. 2
Report G.3
Report G.4
Report G.5
Laurie B
report global/ groupe "visuel"
25
Assia L
Yasmine Z
20
Amina L
Charlotte L
Axel G
15
Lucie P
Mathieu R
Gaetan A
10
Thomas R
Mathilde L
5
-2,5
-2,0
-1,5
-1,0
28 dyslexiques âgés de 7;11
à 14;3 moy: 10;2
• groupe "visuel" : pris parmi
la clientèle d'un groupe
d'orthoptistes, avec 3 types
de diagnostics :
trouble de la motricité conjuguée
trouble de la vision binoculaire
trouble neurovisuel
• groupe phonologique :
trouble phono exclusif ou
prédominant; pas de
symptôme d'appel d'ordre
visuel ou oculo-moteur
Zineb A
Margaux V
Report G. 1
Report G. 2
Report G.3
Report G.4
Report G.5
CAC 10th percentile
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
visual factorial coefficient
25
20
15
Contrôles
Visuels
10
5
0
Report G 1
Report G 2
Report G 3
Report G 4
Report G 5
moyenne report partiel
9
8,5
8
Contrôles
Visuels
7,5
Renaud L
0
-0,5
moyenne report global
Manon D
Léa R
RAC
19%
-4,5
report global / sujets contrôle
25
CAC
Phono
7
Naim S
6,5
ReportP1
ReportP2
ReportP3
ReportP4
ReportP5
Principaux résultats :
•pas de différence significative
selon la position entre les deux
groupes
•pas de différence d'âge
chronologique ni d'âge de
lecture
•groupe phonologique
significativement plus faible sur
les tâches phono et empan de
chiffres
•groupe visuel significativement
plus faible sur les épreuves de
lecture rapide, mais aussi
dénomination rapide et Stroop
•Profil de dyslexie de surface
plus fréquent dans le groupe
contrôle (paradoxal)
Finch et
al., 2002
• Lobe antérieur : pas
de différence de
proportion de
grandes
cellules/petites
• Noyau dentelé : Pas
d’anomalie
13
Controverse à l’hypothèse cérébelleuse
Ramus et al., 2003 in JCPP
(Nicolson et al., 1999)
Difference in activation between 6 dyslexics and 6
controls during learning of a motor sequence of the
fingers: underactivation of the right cerebellum
• 22 dyslexiques âgés de 8 à 12 ans et 22 contrôles (10/22 comorbidité)
• WISC III, Niveau lecture/orthographe, Batterie compétences
phonologiques (8 tâches), Tests cérébelleux :
– 1 « Finger to thumb »
– 2 « Bead threading »
– 3 « Postural stability »
– 4 « Time estimation »
Controverse à l’hypothèse cérébelleuse
Ramus et al., 2003 in JCPP
• Principaux résultats :
– différence significative entre dyslexiques et
contrôles pour 3 tests cérébelleux
– fréquence 13/22 (59%) < Nicolson et al., 2001
– comparaison dyslexiques purs vs dyslexiques plus
= 42 % vs 80%
14
Hebbian learning
Hebb's synapse: if axon a fires
when neuron B is being
activated by c and d, then the
connection between A and B
will be increased
•An input synapse to a given neuron that is
activated slightly before the neuron fires is
strengthened, whereas a synapse activated
slightlyafter is weakened
•This window of plasticity ranges from -40
to +40 msec
•This mechanism would cause multiple
neurons in the primary auditory cortex that
fire nearly simultaneously to bind together
Temporally asymmetric learning
(Hebb, 1949) = spike-based
temporal difference
Conclusion : la synapse de Hebb comme
explication de la dyslexie et des troubles apparentés
• Explique à la fois les déficits auditifs et visuels de bas niveau et des
déficit de niveau plus complexe, y compris des déficits
multimodaux
• Peut expliquer la coexistence de signes visuels et auditifs
• A mené à des applications thérapeutiques (toutefois récentes et à
confirmer)
• Explique que les résultats soient différents selon la nature
linguistique ou non des stimuli
• Explique surtout la coexistence de déficits extra-linguistiques chez
les dyslexiques (dyscalculie, dyspraxie…et même précocité
intellectuelle)
• est compatible avec les constatations d'anomalies morphologiques
intra- et inter-hémisphériques
Visual word form (BA37)
Learning grapheme-phoneme conversion :
the fundamental defect in dyslexia
Learning numerical value of quantities :
the fundamental defect in dyscalculia
Hebbian learning : further speculations
15