Cerveau et pensée

Plan de la présentation
Les sciences du cerveau : quels
enseignements pour l’enseignant?
• Cerveau et pensée : quelques débats actuels
– La phrénologie revisitée
– Un exemple privilégié : la latéralisation cérébrale
– Cerveau et intelligence : quels liens, quelles implications
• Cerveau et apprentissage : quelques notions fondamentales
Michel Habib
Neurologue
CHU de Marseille
http://resodys.org
[email protected]
– Apprendre, c’est éliminer : l’exemple de l’acquisition de la parole
– Le cerveau qui n’apprend pas : qui? comment? pourquoi?
• Cerveau et comportement : la neurologie de demain
– Un bien étrange cheminot!
– Cerveau social, cerveau moral
– Un trouble des conduites bien vite éconduit!
I/ Cerveau et pensée
• La phrénologie revisitée : le paradigme de l’aphasie
– Broca, Wernicke et… Geschwind
• La latéralisation cérébrale
– les preuves d’un pré-déterminisme
– les arguments contraires
• Cerveau et intelligence
– le QI : instrument roi?… instrument clé!
– précocité intellectuelle : les raisons de l’échec
Franz Joseph Gall (1758-1828)
Localization of function in the nervous
system: Maps and networks
1
Karl Wernicke
Paul Broca
Sigmund Freud (1856 - 1939)
Alexander Romanowitsch Lurija (1902 -1977)
Norman Geschwind : 1926-1984
hemisphère gauche =
hemisphère droit =
verbal
spatial
Geschwind, 1979 : modèle de la lecture à voix haute
2
55 y.o. right handed male R TPJ infarct
Mesulam, 2000
Neglected mental representations
Diagram of a neglect patient recollecting visual memory from two ends of a
piazza. The neglected side in visual memory (shaded grey) was contralateral to
the side with cortical damage.
Bisiach and Luzzatti 1978
Split-brain et émotions (Sperry)
Hugly, isn’t it?
Identifié par l’hémisphère gauche, sans émotion notable
Uhhh…
Identification seulement émotionnelle, ne peut expliquer
pourquoi il ressent une émotion négative
3
Wernicke ’s area
Conséquences de lésions latéralisées
GAUCHE
DROITE
• Perte de motilité et de
sensibilité du côté droit
• Aphasie (expressive,
réceptive ou mixte)
• Apraxie (geste), alexie
(lecture), agraphie, acalculie
• Reconnaissance des objets,
de lettres, des mots
• Dépression (réaction
catastrophique)
• Perte de motilité et
sensibilité du côté gauche
• Troubles spatiaux (apraxie
constructive, héminégligence
gauche)
• Reonnaissance des visages,
des lieux, des objets
familiers
• Troubles émotionnels
(indifférence, anosognosie,
euphorie)
Planum temporale
left
right
Teszner et al., 1972 :
asymétrie du planum déjà présente
sur un cerveau de fœtus à terme
L’hémisphère gauche se spécialise
progressivement au cours de l’enfance
récupération de l'aphasie
après une lésion gauche
naiss. 1an
5ans
10ans
explication : rôle de l'hémisphère droit?
adulte
Interprétation des faits
• Le cortex cérébral est organisé en modules séparés mais
interconnectés ayant chacun une architecture et une fonction
distinctes.
• Les deux hémisphères de notre cerveau fonctionnement de manière
radicalement différente, non seulement par le fait qu’un est doué de
parole l’autre non, mais également par un mode de rapport au monde
totalement différent (voire opposé)
• Tout pousse à penser que les caractéristiques qui déterminent ces
différences sont présentes dès la naissance, voire même dérivent de
tendances ancestrales déjà présentes chez les animaux.
• Cette tendance préexistante n’en fait pas pour autant un phénomène
fixé et définitif : elle peut varier considérablement en fonction du
milieu environnant, qui est même nécessaire à son expression
+ organisation intra-hémisphérique?
4
A.Bastien (11a,10m)
Distribution "normale"
13.5%
2.35%
100
115
130
Bastien présente un tableau cognitif de précocité intellectuelle marqué par une grande vitesse idéatoire, des capacités de
raisonnement verbal supérieures. On relève parallèlement de très solides capacités de raisonnement perceptif (résultats assez
homogènes, pas de différence significative entre les deux échelles du WISC IV).
En contraste on relève des limitations attentionnelles, particulièrement marquées sur les épreuves visuelles sollicitant une
coordination visuo-grapho-motrice (test des codes), limitations majorées lorsque la charge cognitive augmente en raison d’un nombre
plus important d’informations à traiter en mémoire de travail (attention visuelle, NEPSY)
0.3%
145
A… Perrine (soeur) 8;11
On relève par ailleurs des difficultés certes modérées mais patentes concernant la sphère attentionnelle à savoir un défaut de mémoire de travail,
composante attentionnelle de la mémoire, ne permettant pas toujours à Perrine de simultanément stocker et traiter les données en mémoire.
Cette limitation se répercute dans les tâches à charge cognitive élevée et plus largement au niveau de la vitesse de traitement des informations
M… Félix (13;2)
Motif : tr comportement à l'école, travaille peu, perturbe
C… Mathis (13,2)
Motif : situation d'exclusion scolaire, tr des conduites
5
Males outperform females
• Some visuospatial tasks
– Mental rotation of 3dimensional objects
– Throwing accuracy
– Navigation or route
finding
TESTOSTERONE
Females outperform males
• Visuospatial tasks
– Route finding with
landmarks
– Memorization of location
of objects
– Rapid and fine
manipulation of objects
DOMINANCE
ATYPIQUE
GAUCHERS, AMBIDEXTR
ANOMALIES DE
MATURATION DU
CERVEAU
MALADIES
IMMUNES
INCIDENCE
FAMILIALE
TRBLES
D’APPRENT.
LANGAGE, DYSLEXIE, ETC.
THEORIE de GESCHWIND-BEHAN-GALABURDA
(représentation « triadique »)
Pas de précocité
Activation durant une
épreuve de rotation
mentale
Doués en mathématiques
soustraction
6
patient
témoins
II/ Cerveau et apprentissage :
quelques notions fondamentales
Einstein’s brain : no parietal opercula
(from Witelson et al., 1999)
• Apprendre, c’est éliminer : l’exemple de
l’acquisition de la parole
• Mémoire épisodique, mémoire de travail et mémoire
procédurale
• Le cerveau qui n’apprend pas : qui? comment?
pourquoi?
– Dyslexie, dysphasie, dyscalculie
– Une constellation de troubles, des mécanismes communs?
Résultats : Eimas et al.
Succion non
nutritive
http://www.ehess.fr/centres/lscp/
•Les bébés tètent vigoureusement lorsqu’ils sont stimulés
•Une fois familiarisés avec le stimulus, l’ennui s’installe et ils tètent moins
•La reprise de succion lors d’un changement de stimulus indique donc que le
bébé a bien perçu une différence
•La nouveauté suscite un regain d’intérêt qui se traduit par une augmentation
de l’amplitude de la succion.
Contraste phonologique
/b/ versus /p/
Changement acoustique
/p/ versus /p`/
Même stimulus
/p/ versus /p/
7
Perception de la parole
•
MIGRATION
Si les bébés sont capables de reconnaître tous les sons de parole dès la naissance, leurs capacités
initiales précoces de discrimination de contrastes phonétiques “étrangers” déclinent entre 6 et 12
mois
Percentage able
to discriminate
Hindi t’s
NEURONALE :
chaque neurone semble
"choisir" son rail glial
100
90
80
70
en fonction de la
présence à la surface
60
50
de ce dernier de
40
certaines molécules,
30
20
dites molécules
10
0
Werker & Tees, 1984
Hindispeaking
adults
6-8
months
8-10
months
10-12
months
Englishspeaking
adults
d'adhésion
Infants from English-speaking homes
Perte neuronale
physiologique des neurones
Le corps calleux : témoin fidèle de
la maturation cérébrale
1- compétition pour
l'établissement de
synapses
2- des facteurs trophiques
déterminent, par leur
concentration au niveau des
terminaisons synaptiques,
la survivance ou
l'élimination des neurones
Anterior part of the callosum is larger in
early-trained musicians
Effect of group (DYS/CONT) and
country (FR/ENGL) on callosal size
corpus callosum
MUSICIAN
NON- MUSICIAN
(Schlaug et al., 1995)
8
Total callosal area : group x country
interaction
F(1,60)=9.337; p=0.033
820
total callosal area
800
780
760
740
720
dyslex
control
700
680
french
english
Apprentissage d’une liste : effet de récence et de primauté
Boucle articulatoire
Mémoire croquis
visuo-spatiale
Processeur central
La mémoire de travail et ses 3 composantes
Apprentissage d’une
procédure visuo-motrice
(Doyon & Ungerleider,
2002)
DYSORTHOGRAPHIE
Syndrome hyperkinétique/
Déficit attentionnel.
DYSLEXIE
Le cervelet participe à
l’apprentissage de la
séquence (session 1)
Les ganglions de la base
(striatum) ne se mettent en jeu
que lorsque le niveau de
performance optimal a été atteint
Trouble des conduites
DYSGRAPHIE/
DYSPRAXIE
Syndrome hémisph. droit
développemental
Dysphasie
Autisme
Asperger
Talents
particuliers
Dyscalculie
Dysmusie
Tr reconn visages
9
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)
Ectopies sur le cerveau dyslexique
(Galaburda et al., 1979, 1985)
Galaburda et al., 2001
Réduction de la couche II
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)
DYX2 on 6p22
DCX
DCX
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
Jenner AR, Galaburda AM,
Sherman GF, 2000.
Merzenich et al., 1996; Tallal et al., Science, 1996
Thus should be associated to abnormal migration
Magnitude of change in area 39 vs/
improvement in oral language
10
The
“Lavande“Lavande”
1” Program
Programme
Interprétation
Caractéristiques
exercices
d’entraînement
Design des
of training
exercises
structure syllabique structure syllabique
simple
complexe
trouver l'intrus qui ne ex: dauphin-tonneau - ex: palto-plati-paltu
commence pas pareil démon
trouver l'intrus qui
contient un son cible
ex: /d/ : pitou-bodu
mité-nintan
ex: /sp/: aspofilapsofal-aspoful
dictée de non-mots
ex: sujachi
ex: aclipsu
• Chacun des modules fonctionnels du cerveau apprend à son rythme
et à une période critique de son développement. L’apprentissage de
nouvelles compétences pourrait obéir principalement à des
phénomènes régressifs, probablement largement déterminés par les
gènes, mais également sous l’influence des conditions, en particulier
hormonales de l’environnement
• La mémoire épisodique est peu impliquée dans les apprentissages :
les difficultés vont surtout surgir en cas de troubles de la mémoire de
travail ou de la mémoire des procédures.
• Les différentes formes de troubles d’apprentissage, qu’elles touchent
la lecture, le langage, le calcul ou encore l’apprentissage social,
pourraient résulter de mécanismes communs ou proches, expliquant
les phénomèes de comorbidité, et offrant de nouvelles voies pour la
rééducation.
III/ Cerveau et comportement : la
neurologie de demain
• Un bien étrange cheminot!
– Le cas Phineas Gage
– La reformulation de Damasio
• Cerveau social, cerveau moral
– Le « cortex orbitaire » : ange ou démon?
– Vers une neurologie de l’éthique (et donc une éthique de la
neurologie)
• Un trouble des conduites trop vite éconduit?
– Les enjeux d’un débat d’actualité
"Il est impulsif, irrévérentieux, se prêtant parfois à de triviales vulgarités
(ce qui n'était pas du tout son habitude), ne manifestant que peu de
déférence envers ses camarades, ne supportant pas les contraintes ni les
conseils lorsqu'ils ne correspondent pas à ses désirs, parfois obstinément
entêté, mais cependant capricieux et instable, faisant divers projets de
réalisations futures qui sont aussitôt abandonnés pour d'autres paraissant
mieux réalisables... Un enfant pour ses capacités intellectuelles, il a les
passions animales d'un homme robuste. Avant sa blessure, bien que n'ayant
pas été très avant à l'école, il possédait un esprit fin et clairvoyant et était
considéré par son entourage comme un travailleur sagace et intelligent,
énergique et persévérant. A cet égard, son esprit a totalement changé, si
radicalement que ses amis et ses connaissances disent de lui :"Ce n'est plus
Gage".
Cortex orbito-frontal médian
11
"Avant cette tumeur, EVR était un individu normal. Il était intelligent,
travailleur; il était capable de se procurer un travail et avait été
récompensé pour la qualité de ses services. Il était actif dans le domaine
social, et c'était un dirigeant dans sa communauté. Pourtant, depuis
l'apparition de sa lésion frontale, EVR n'a jamais été capable de
conserver un travail, bien qu'il garde les compétences nécessaires pour
s'en acquitter. On ne peut pas compter sur lui pour être à l'heure à son
travail, ou pour exécuter les étapes intermédiaires des tâches qu'on
attend de lui. Sa capacité à planifier des activités aussi bien à court
terme qu'à long terme est gravement diminuée. Pour des questions
d'importance secondaire, par exemple le choix d'un magasin ou d'un
restaurant, il s'empêtre dans des atermoiements sans fin et généralement
sans résultat. Il n'est pas capable de faire un choix rapide et, au lieu de
cela, se livre à d'interminables comparaisons et à des délibérations
successives parmi des options possibles, de plus en plus difficiles à
distinguer entre elles.... Ses décisions financières sont presque
invariablement désastreuses. Ses capacités de décision et d'organisation
sont qualitativement différentes de ce qu'elles étaient auparavant.
Cependant, de nombreux aspects de son profil intellectuel demeurent
non seulement intacts mais exceptionnels. Il est capable de faire des
distinctions entre des concepts très ambigus, et d'appliquer parfaitement
la déduction et l'induction. EVR est d'une intelligence supérieure
d'après les données psychométriques (QI = 135). (Damasio, 1993 ).
Lésions provoquant une
altération du jugement moral
chez 6 sujets avec lésions
tardives (âge adulte) et deux
sujets avec lésion précoce.
caractéristiques des lésions précoces:
personnalité anti-sociale
absence de remors et de culpabilité
"Son analyse de dilemmes moraux suggère qu'elle considère ces
situations complexes en termes de notions concrètes et stéréotypées de
"bon" et "mauvais" comportement. Elle base ses réponses sur des règles
préétablies. Par exemple, elle décide qu'il est "mal" pour un jeune
homme pauvre de voler un médicament onéreux dans une pharmacie
parce que "C'est contre la loi, contre les Dix Commandements". Mais
quand on lui fait valoir la situation dramatique du jeune homme, elle
change immédiatement d'approche. Elle indique que quand les lois et les
règles ne permettent pas à quelqu'un de faire ce qu'il veut, alors la
personne devrait changer ces règles. La discordance entre ces réponses
n'était jamais résolue. Son approche à ces situations conflictuelles n'était
pas basée sur un ensemble de valeurs ou principes d'éthique, mais était
conduite par une justification variable qui serve soit à subvenir à un
besoin immédiat, soit à indiquer de manière inflexible et absolue ce
qu'est un comportement bon ou mauvais. Son niveau de raisonnement
moral était très similaire à celui d'un adolescent de 10 à 13 ans d'après les
critères de Kohlberg".
(Eslinger et al., 1992)
12
Nombre de sélections à risque
Mitchell D.G.V., Colledge E. , Leonard A. , Blair R.J.R. (2002). Risky decisions and response reversal:
is there evidence of orbitofrontal cortex dysfunction in psychopathic individuals?
Neuropsychologia 40 : 2013–2022.
Sujets psychopathes
Sujets témoins
Blocs successifs de 20 tirages de cartes
Test du jeu de Poker dans une population de psychopathes
Trouble des conduites : une
approche neurocomportementale
• Constatation précoce de comportements suggérant une
insensibilité aux sanctions (récompenses-punitions) et
un refus d’adhérer aux règles et aux interdits
• Tendance également précoce aux actes portant atteinte
à autrui (vols, mensonges, cruauté envers les animaux,
racket, manipulation des adultes
• Forte comorbidité avec TDAH (hyperactivité)
• Diagnostic fréquent dans une population de troubles
d’apprentissage
PILES DÉSAVANTAGEUSES
PILES
AVANTAGEUSES
LE TEST DU « JEU DE POKER »
(GAMBLING TEST DE BECHARA ET DAMASIO)
100
- 350
13
Gambling test
(d’après Bechara)
gambling session 1
1
0,5
0
bloc1-1
bloc1-2
bloc 1-3
bloc 1-4
Nb de tirages piles
avantageuses désavantageuses
bloc 1-5
-0,5
-1
TDAH
-1,5
témoins
-2
Voie mésolimbique
Voie mésocorticale
TDAH (N=22)
-2,5
-3
Témoins (N=15)
-3,5
-4
2
2
bloc 2-3
2
2
bloc52-4
0
2
ANOVA à mesures répétées
1ere session:
• effet du groupe p=0.066
•interaction répétition p =0.083
2me session:
• effet du groupe p=0.0508
•interaction répétition p =0.0011
gambling session 2
bloc 2-5
0
2
-6
-4
10
-2
4
4
-2
0
18
4
18
2
2
3,33333333
0
4
4
6
4
-4
-4
-12
-10
12
10
0
-2
3
4
6
12
18
-4
-4
2
0
4
10
10
0
2
1
20
20
2
0
8
10
0
3,46666667 4,66666667
bloc 2-1
3,66666667
3,67619048
-2
5
4
TDAH
témoins
Aire septale
Aire tegmentale
ventrale
3
bloc2-2
bloc 2-3
bloc 2-4
bloc 2-52
moyenne 1
moyenne 2
-1
1
4,61904762
0
Système
dopaminergique
Voie nigro-striée
-1
-2
bloc 1
bloc 2
bloc 3
bloc 4
bloc 5
Interprétation
Reward anticipation
= ventral striatum
Reward outcome
= ventro-medial
Frontal cortex
Et pour conclure…
• Les enfants ou adolescents avec troubles des conduites souffrent
d’un déficit du circuit cérébral de la récompense
• Ce circuit comporte des structures appartenant au cerveau
« limbique », et dépend de l’activité de neurones à dopamine
• Ce trouble est en partie génétique et partage environ 50% de son
caractère génétique avec un autre trouble : le TDAH
(hyperactivité)
• Le dépistage précoce (tant décrié) a pour but de mettre en place
le plus tôt possible des méthodes de remédiation cognitive et
comportementale, capables de corriger la dysfonction
• La prise en charge de ces enfants à l’adolescence est également
cruciale tant pour leur avenir scolaire que social
“An intelligence is a biological and
psychological potential; that potential is
capable of being realized to a greater or
lesser extent as a consequence of the
experiential, cultural, and motivational
factors that affect a person.” Howard
Gardner
• L’évolution des connaissances sur le cerveau, malgré
des fluctuations entre des tendances « localisationnistes » et « globalistes », nous amène aujourd’hui à
une compréhension globale mais modulaire de la pensée,
de l’intelligence et même des émotions et des
comportements.
• Des domaines d’application insoupçonnés, repoussant
les limites avec la philosophie (après celles avec la
psychiatrie), apparaissent, nous obligeant à reconsidérer
certaines idées reçues, mais en même temps à nous
prémunir contre les dérives possibles, qu’elles soient
idéologiques, politiques ou simplement intellectuelles.
14
Biologiquement, l’intelligence est
avant tout un assemblage subtil de
facultés variablement exprimées chez
chaque individu,
y compris celles concernant des
domaines aussi insoupçonnés que les
aptitudes sociales ou même les
« valeurs » morales
et qu’il convient d’analyser le plus
objectivement et finement possible
pour ne rien risquer de perdre des
compétences de ceux qui composent la
société d’aujourd’hui ou constitueront
celle de demain
15