Introduction la Neuropsychologie 2004 2005

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Introduction à la Neuropsychologie2004 - 2005
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Lecture obligatoire Laurent Cohen, Lhomme
thermomètre,Paris Odile Jacob, 2004
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Neuropsychologie cognitive et neuropsychologie
clinique Objet de la neuropsychologie
clinique identifier, comprendre et traiter les
déficits psychologiques présentés par les
patients qui souffrent de désordres neurologiques
(en particulier les déficits provoqués par lésion
cérébrale). Deux volets (1) diagnostic (2)
intervention thérapeutique et rééducation.
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Objet de la neuropsychologie cognitive
compréhension des processus cognitifs normaux en
relation avec la structure cérébrale. La
pathologie est une source d'information riche et
importante l'une des meilleures manières
d'étudier la structure et le fonctionnement
normal du système cognitif est d'analyser ce qui
se passe quand certaines de ses composantes sont
perturbées ou détruites.Fait partie des
neurosciences cognitives qui étudient comment le
cerveau (système physique dont lactivité résulte
de réactions électrochimiques) est organisé,
comment cette organisation permet le traitement
de linformation, de manière plus générale
comment elle permet lactivité mentale, et
comment ce traitement dinformation conduit au
comportement.
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Relations de causalité entre les niveaux
dorganisation et les formes dactivité du
cerveau/psychisme

• Niveaux dorganisation Formes
  dactivité du cerveau/psychisme
• Organisation fonctionnelle Traitement de
  (cognitive) linformation
• Organisation cérébrale Activité
  éléctrochimique

Flèche en pointillé relation de causalité qui
concerne la phylogénèse
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Depuis 50 ans1. Les études de séries et de
groupes de patients tels les  split brain 2.
Les études du phénomène de latéralité chez le
sujet normal3. Les études de cas uniques4.
Les études expérimentales associées à des
méthodes  neuroscientifiques 
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Études de sériesmise en évidence de différences
inter-hémisphériques et intra-hémisphériques au
moyen de la comparaison de groupes différant par
le lobe (ou une autre grande région cérébrale)
léséÉtudes sur des sujets  split-brain  ou
commissurotomisés principes sur lesquelles se
fonde linférence dune asymétrie
inter-hémisphérique (projection et contrôle
controlatéraux)
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Les effets d hémichamp visuelLes effets
doreilleLes effets spatiauxLes modèles
explicatifs (le rôle de lattention)Lutilisatio
n des effets de latéralité dans létude des
capacités perceptivesLa notion de modes de
traitement
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Idées sous-jacentes à létude de cas
uniquesIdée de modularitéMarshall (1984)
"La neuropsychologie -le nom couramment à la mode
pour la phrénologie- a adopté de manière non
ambiguë le principe de la modularité".
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En effet, on peut observer par exemple- des
aphasies isolées, simultanément avec une
intelligence non-verbale, des habiletés
visuo-spatiales et des fonctions d'apprentissage
non verbal bien préservées- des agnosies
visuelles sévères chez des patients sans perte
sensorielle et sans détérioration intellectuelle,
et qui peuvent faire des copies excellentes de
dessins géométriques complexes ou de scènes
présentées devant eux- des cas de
perturbations sévères de l'orientation spatiale
et de la topologie alors que les habiletés
linguistiques sont préservées, et quils gardent
une bonne intelligence verbale et une perception
normale de figures- des patients dont les
habiletés de calcul arithmétique sont très
perturbées alors que la mémoire et le langage
sont normaux.
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Marshall conclut de la manière suivante Gall a
pu mettre ses organes dans les mauvaises places,
mais il a spécifié les "bons" organes (langage,
forme, localisation, mélodie, nombre).Gross
(1985) il y a beaucoup d'exemples de lésions
cérébrales ayant un effet spécifique sur une
faculté verticale, mais par contre il n'y a pas
d'indication qu'une lésion cérébrale (ou drogue,
ou stimulation cérébrale) affecte sélectivement
et globalement une faculté horizontale telle que
la mémoire, l'attention, la perception ou la
volonté. Prenons la mémoire. Même des lésions
dans la région de l'hippocampe, qui ont un effet
massif sur beaucoup de types de mémoire, laissent
la mémoire des habiletés motrices intacte. Les
lésions de l'amygdale affectent surtout la
mémoire des objets (supramodale) mais pas la
mémoire spatiale, topologique. Les lésions
temporales inférieures affectent les mémoires
visuelles, laissant intacte la mémoire dans
d'autres modalités.
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Idée de "systèmes fonctionnels" (Luria) - au sens
de processus qui impliquent la participation
intégrée d'un certain nombre de tissus et organes
(comme la fonction de la digestion, de la
circulation et de la respiration).Geschwind
(1967) "Wernicke était l'un des premiers à voir
clairement l'importance des connexions entre
différentes parties du cerveau dans la
construction des activités complexes. Il a rejeté
les deux approches du système nerveux qui encore
aujourd'hui sont souvent présentées comme les
seules possibles. D'une part, il s'est opposé à
la théorie de l'équipotentialité du cerveau de
l'autre il a rejeté le point de vue phrénologique
qui considérait le cerveau comme une mosaïque
d'innombrables centres distincts. Il a affirmé
que les activités complexes sont apprises au
moyen des connections entre un petit nombre de
régions fonctionnelles qui s'occupent des
activités sensorielles et motrices primaires".
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Principe de base la désorganisation du système
fonctionnel à la suite d'une lésion cérébrale
entretient une certaine relation avec
l'organisation normale de cette fonction. De ce
principe résultent trois postulats de
transparence, duniversalité minimale, et de
 soustractivité 
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Postulat de transparence les comportements du
sujet cérébro-lésé vont pouvoir nous informer,
moyennant des précautions d'interprétation, à la
fois sur le fonctionnement du système lésé et sur
celui du système normal.
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Postulat d'universalité minimale il y a des
organisations communes à tous les individus et
par conséquent les inférences réalisées à partir
de patients particuliers ont une portée générale.
Il faut néanmoins préciser quelles
organisations et quels types de fonctionnement
sont universels, car les systèmes de croyances,
notamment, mais pas seulement eux, peuvent varier
suivant l'expérience individuelle et les facteurs
socioculturels.
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Postulat de  soustractivité  (sa formulation
peut se séparer en une version radicale et une
version nuancée)Version radicale un
comportement pathologique est le produit du
système normal moins le composant endommagé.
Cette version ne tient pas compte de la
réorganisation éventuelle du système suite à la
lésion ni de l'émergence d'opérations
compensatoires (par exemple, les opérations
utilisées par le patient qui fait une lecture
lettre par lettre)Version nuancée le cerveau
adulte n'est plus capable de développer des
structures nouvelles pour pallier à la perte des
structures endommagées, mais seulement des
stratégies nouvelles qui utilisent les structures
pré-existantes.
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Peut-on inférer les mécanismes normaux des
fonctions cérébrales à partir des effets
comportementaux d'une lésion?Les inférences
qu'on peut faire sont loin d'être directes. Une
lésion à un endroit peut provoquer des effets qui
ne sont pas spécifiques des fonctions ou des
processus normalement réalisés par le tissu
neural atteint.1. Le comportement anormal
suite à une lésion peut refléter soit le
fonctionnement anormal du tissu atteint soit le
fonctionnement du tissu restant. Celui-ci peut
réagir négativement ou au contraire compenser la
perte de la fonction, et par conséquent il peut
accroître ou au contraire minimiser le déficit
comportemental.2. Une lésion peut produire des
modifications en interrompant des connexions et
en libérant d'autres aires de la facilitation ou
de l'inhibition que l'aire atteinte exerçait sur
elles.
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Si une lésion interfère avec l'écriture, cela ne
signifie pas nécessairement que l'aire atteinte
constitue le "centre" de l'écriture. L'écriture
est une activité complexe qui exige beaucoup de
processus et beaucoup de fonctions le contrôle
sensoriel et moteur sur le membre qui écrit la
fonction linguistique un degré important
d'attention, etc. Quand une personne écrit, les
aires du langage et les aires motrices doivent
être coordonnées. Les lésions qui les
déconnectent produisent de l'agraphie même s'il
n'y a pas de déficit linguistique ni moteur.
Ainsi, une lésion dans le corps calleux peut
déterminer une agraphie de la main gauche, en
déconnectant les aires du langage de l'hémisphère
gauche de l'aire motrice de l'hémisphère droit.
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Principe de double dissociation (Teuber,
1955) Pour démontrer la spécificité du
déficit de discrimination visuelle il ne suffit
pas de montrer que la discrimination dans une
autre modalité, par exemple la somesthésie,
n'est pas affectée. Une simple dissociation
pourrait indiquer simplement que la
discrimination visuelle est plus vulnérable aux
lésions temporales que la discrimination tactile.
Ce serait le cas d'une hiérarchie de fonctions
plutôt que d'une localisation séparée. Ce qui est
nécessaire pour une preuve concluante c'est la
'double dissociation', c'est-à-dire l'observation
que la discrimination tactile peut être perturbée
par une autre lésion sans perte dans des tâches
visuelles et à un degré de sévérité comparable. 
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Teuber (1959) "la double dissociation exige
que le symptôme A apparaisse lors de lésions dans
une structure mais non dans une autre, et que le
symptôme B apparaisse lors de lésions dans la
dernière structure mais non dans la première.
Chaque fois qu'une telle dissociation manque, la
spécificité des effets des lésions n'a pas été
démontrée. De manière générale la double
dissociation entre tâches exige qu'une certaine
variable affecte la tâche 1 mais pas (ou
significativement moins) la 2, alors qu'une autre
variable produit les résultats inverses.
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Une double dissociation peut être comparée,
mathématiquement, à une interaction croisée dans
une analyse de la variance. On ne peut donc pas
la faire disparaître, mais seulement modifier son
allure, en manipulant l'échelle de l'ordonnée
(c'est-à-dire, de la performance), alors que de
telles manipulations peuvent conduire à faire
disparaître une interaction simple. En outre,
l'interaction simple pourrait dans certains cas
être due à un artefact du type effet plancher ou
effet plafond.
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Luria a introduit le principe de la dissociation
dans l'analyse des syndromes ou constellations de
symptômes "En présence d'une lésion locale qui
cause directement la perte d'un certain facteur,
tous les systèmes fonctionnels qui incluent ce
facteur en souffrent, tandis que, en même temps,
tous les systèmes fonctionnels qui n'incluent pas
le facteur perturbé sont préservés. Par
exemple, une atteinte dans la région temporale
gauche provoque une perturbation de l'analyse des
phonèmes et de toute fonction qui exige cette
analyse (répéter ce qu'un autre a dit, écrire
sous dictée), mais non des fonctions qui
n'exigent pas une telle analyse, comme la
perception spatiale (de relations spatiales entre
objets). Réciproquement, une atteinte
pariéto-occipitale épargne toutes les fonctions
qui dépendent de l'analyse phonémique mais
perturbe toutes celles qui dépendent du
traitement des données spatiales.
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Discours / mot oral
Texte / mot écrit
Analyse visuelle/orthographique
Analyse auditive/phonologique
Conversion grapho- phonologique (contrôlée et
séquentielle)
Système sémantique
Lexique phonologique de sortie
Lexique orthographique de sortie
Conversion phono-graphique
 Buffer  des unités phonologiques
 Buffer  des unités graphémiques
Articulation
Réalisation graphique
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Techniques dimagerie PET Scan (Tomographie
par Émission de Positrons TEP)Technique qui
permet d'obtenir par computation une vue analogue
à une coupe dans le cerveau La production d'une
impulsion électrique dans le cerveau coûte de
l'énergie et pour produire de l'énergie il faut
consommer quelque chose. Cela entraîne par
conséquent une consommation accrue de glucose.
Cette consommation de glucose constitue le plus
important des processus métaboliques fournisseurs
d'énergie.
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Les isotopes employés - par exemple le fluor 18 -
émettent des particules chargées positivement ou
positrons qui, une fois émises, se propagent sur
des distances de quelques millimètres,
rencontrent un électron négatif et à ce moment
explosent en deux grains de lumière, deux
photons, qui partent en directions diamétralement
opposées (180). La caméra employée détecte des
deux photons simultanément grâce à une multitude
de cellules photosensibles qui enveloppent le
crâne du sujet. Un ordinateur branché sur la
caméra effectue les calculs de triangulation
requis pour localiser le point démission des
deux photons. Et il présente le résultat sur un
écran de télévision, sous la forme d'une image à
deux dimensions. Les régions les plus riches en
isotopes apparaissent colorées en rouge sur les
tranches successives du cerveau (images
tomographiques). Ce sont les régions les plus
actives électriquement. La caméra à positrons
permet de visualiser l'état d'activité des
neurones à l'intérieur du crâne.
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On utilise une molécule voisine du glucose qu'on
injecte par voie intraveineuse, le désoxyglucose
qui, à la différence du glucose, n'est pas brûlé
par la respiration, et s'accumule à l'intérieur
du neurone. En principe, il permet de suivre
l'activité d'un seul neurone. Marqué au fluor 18
(émetteur de positrons), il est transporté dans
les neurones par le même système de transport que
le glucose et il est examiné avec la caméra à
positrons. Malheureusement, le positron parcourt
quelques millimètres avant de produire les deux
photons la résolution est donc encore faible (1
cm2) profondeur de 10 à 15 mm dans un plan de 7
à 10 mm.
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Avec les stimulations visuelles simples, les taux
métaboliques de glucose augmentent dans le cortex
visuel primaire, cette augmentation dépendant de
l'intensité du stimulus. Si on présente une
scène complexe, on observe une augmentation très
importante qui s'étend sur le cortex
d'association visuelle (Phelps, Kull et
Mazziotta, 1981). Un bruit non spécifique
entraîne une augmentation bilatérale égale des
régions temporales. Par contre, pour une
stimulation verbale, on observe que
l'augmentation est très forte à gauche.
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L'écoute d'accords de composition harmonique
différente (test de timbre) entraîne activation
prédominante de l'hémisphère droit. Dans un
autre test d'écoute de stimuli musicaux, on a
observé chez des sujets naïfs, non-musiciens, une
augmentation dans l'hémisphère droit, tandis
qu'une augmentation dans l'hémisphère gauche
apparaissait chez des sujets musiciens
(Mazziotta, Phelps, Carson et Kuhl, 1982).
Enfin, lorsque le sujet a les oreilles bouchées
et les yeux bandés, l'activité diminue, et en
situation de privation sensorielle complète, les
taux sont les plus bas, avec une asymétrie,
l'activité étant plus marquée à gauche (Mazziotta
et coll., 1982).
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Exemples dutilisations plus récentesÉtudiant
la dépression majeure (caractérisée par des
troubles du sommeil, de l'appétit, de l'activité
psychomotrice et des contenus de la pensée),
Drevets et al. (1992) ont constaté, par rapport à
des sujets contrôle, une augmentation du flux
sanguin dans le cortex prefrontal gauche (en
phase symptomatique) et dans l'amygdale gauche
(dans les deux phases, symptomatique et
asymptomatique) et une diminution du flux dans le
cortex temporal droit et dans le cortex
parieto-temporal. Ces phénomènes reflètent
vraisemblablement un traitement moins important
des événements extérieurs. Chez les
schizophrènes, on constate en revanche une
hypoactivité dans les zones antérieures du
cerveau. Dans l'étude de Drevets et al. (cf.
aussi Drevets Raichle, 1995), ces effets
étaient observés à la fois chez des dépressifs,
en cas de tristesse induite expérimentalement
chez des sujets normaux et en situation de
génération de verbes à partir d'un substantif.
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Chaque région participe de plusieurs systèmes
fonctionnels. Ce qui est donc intéressant dans
un cas de contribution multiple comme celui-ci
est de dissocier les différents systèmes en
déterminant les régions qui relèvent de l'un de
ces systèmes mais pas des autres. Ainsi, la
génération de verbes est accompagnée d'activation
dans le cortex prefrontal dorsolatéral gauche,
mais les autres situations (dépression majeure et
tristesse induite) ne le sont pas, alors que
celles-ci, mais pas la première, sont associées à
une activation de la région frontale orbitale
moyenne.
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Allant dans le sens de la différenciation entre
la dépression majeure et la tristesse induite, on
constate que seule la dépression majeure entraîne
une activation importante de l'amygdale (corrélée
d'ailleurs avec la sévérité du trouble), la
tristesse et la génération de verbes entraînant
plutôt une hypoactivité. Pendant le traitement
par antidépresseurs, on constate une corrélation
entre l'amélioration des symptômes dépressifs et
la diminution du flux dans l'amygdale. Il
semble que le l'amygdale intervienne de manière
spécifique dans l'attribution de significations
affectives aux stimuli, au départ sans doute à
travers la formation d'associations entre ceux-ci
et les renforcements positifs et négatifs. Dans
le cas de la dépression, des labels négatifs
auraient tendance à être associés à tous les
stimuli, autrement dit jamais des labels positifs
ne leur seraient associés provoquant ainsi une
anhedonie.
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Étudiant l'activation suscitée par des tâches de
 fluence  verbale (soit des noms de métier,
soit des noms commençant par une certaine lettre)
chez des sujets normaux, Frith et al. (1991), ont
constaté un flux plus important dans le cortex
préfrontal dorsolatéral gauche et dans le gyrus
frontal moyen mais aussi un flux plus faible dans
le gyrus temporal gauche. Il pourrait donc y
avoir une inhibition réciproque
intra-hémisphérique entre ces aires. Le lexique
et les associations sémantiques étant
probablement représentés dans les gyri temporaux,
ces aires devraient être inhibées afin de
permettre que la tâche de fluence soit réalisée
sans interférence. On constate, à travers ce type
d'étude, l'intérêt potentiel de la TEP pour le
testing d'hypothèses fonctionnelles
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Méthode de soustraction consiste à comparer
l'activation différentielle entre deux tâches,
l'une étant supposée comporter quelque chose de
plus que l'autre.
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I faut rester très prudent dans l'interprétation
des résultats car l'analyse des tâches elle-même
peut être insuffisante. Ainsi, Zatorre et al.
(1992) ont utilisé des paires de syllabes
auxquelles le sujet devait répondre, dans une
condition en alternant la main de réponse quelle
que soit la relation entre les syllabes, et dans
une autre condition en fonction du fait que les
syllabes partageaient ou non la même consonne
finale. De l'activation différentielle observée
(essentiellement dans une partie de l'aire de
Broca), les auteurs ont conclu que cette région
est impliquée dans la perception phonétique.
Cependant, on peut considérer que la dernière
tâche va au-delà de la perception phonétique et
comporte une analyse métaphonologique des
syllabes. Une tâche intermédiaire de jugement
même-différent des syllabes aurait pu être
présente dans l'étude.L'utilisation correcte de
la méthode de soustraction implique aussi de
pouvoir localiser les aires activées en les
reportant à des images de IRM obtenues chez le
même sujet.
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Méthode de soustraction fondée sur un postulat
dinsertion pure, à savoir que linsertion dun
composant naffecte en rien linsertion des
autres composants.Il faut vérifier si le modèle
cognitive de référence considère explicitement
lindépendance des composants ou si, en revanche,
il admet une intégration ou interaction entre les
composants génératrice dun nouveau composant qui
pourrait se manifester par lactivation
supplémentaire dune autre rtégion
cérébrale.Par exemple, linteraction entre la
récupération de la phonologie du nom dun objet
et la reconnaissance visuelle de cet objet peut
entraîner une activation spécifique du cortex
temporal inférieur gauche qui nest pas observée
lorsque la récupération phonologique se fait ne
se fait pas dans le cadre dune reconnaissance
visuelle. Dautres méthodes sont donc nécessaires
pour mettre en évidence soit les interactions
soit les composants réellement spécifiques. Le
dernier cas est celui de la méthode de
conjonction.
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La méthode de conjonction (Price et Friston,
1997) permet de révéler les composants
spécifiques et autonomes en mettant de côté les
interactions éventuelles avec dautres
composants. On calcule, dans une même
expérience, plusieurs soustractions en créant
plusieurs paires de tâches de telle sorte quil
ny ait quune seule différence commune à toutes
ces comparaisons. Dans Price et Friston (1997),
4 soustractions 1. Lecture à haute voix vs.
prononciation dun mot pré-specifié lors de la
présentation dune séquence de faux caractères
(diffèrent par les composants orthographique,
sémantique, décodage et récupération de la
phonologie).2. Dénomination de lettres vs.
prononciation dun mot pré-specifié lors de la
présentation dun seul faux caractère (diffèrent
par lorthographe et la récupération de la
phonologie).3. Dénomination dobjets vs. dire
oui aux mêmes objets (diffèrent par récupération
de la phonologie)4. Dénomination de couleurs vs.
dire oui aux mêmes couleurs (diffèrent aussi par
récupération de la phonologie).
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Dans chacune de ces paires il peut y a voir des
interactions, en particulier linteraction de la
récupération de la phonologie avec un ou des
autres composants. Mais ces interactions ne sont
pas ce que la méthode cherche à révéler. La seule
différence commune à toutes ces paires de tâches
est la récupération de la phonologie.Les
résultats ont montré que les aires cérébrales qui
sont différentiellement activées non seulement en
une mais en toutes les soustractions sont la base
du lobe temporal pariétal gauche, lopercule
frontal gauche et la ligne médiane du
cervelet.Ceci est conforme aux résultats des
études sur les effets des lésions, qui ont montré
quune lésion dune quelconque de ces aires
affecte la dénomination (Mesulam, 1990).
Cependant, certaines questions demeurent. Par
exemple, la récupération de la phonologie peut ne
pas être le même processus lorsquelle se fait à
partir du dessin dun objet ou dune couleur et
quand elle se fait à partir dun mot écrit ou
dune lettre. Dans le cas de la lecture, la
récupération de la phonologie est probablement un
processus bien plus automatique que dans le cas
de la dénomination dobjets ou de couleurs.
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Le système cognitif nest pas une simple réunion
de processus autonomes. La seule démonstration de
lexistence dun composant autonome laisse dans
lombre des aspects essentiels du fonctionnement
cognitif. Paradigme de covariance on part du
postulat que la tâche examinée est réalisée par
un réseau de régions cérébrales qui interagissent
via leurs connexions.Les corrélations observées
peuvent refléter une connectivité fonctionnelle.
Cependant, elles peuvent aussi résulter du fait
que deux régions reçoivent de linformation dune
source commune. Il y a donc un problème
dinterprétation pour lequel on cherche une
solution au moyen de lapplication aux données de
modèles fonctionnels, dans lesquels on spécifie
les coefficients des corrélations entre régions,
et on cherche le modèle qui sajuste le mieux à
ces données.