Introduction à la Neuropsychologie 2006 - 2007

1. Introduction à la Neuropsychologie2006 - 2007

2. Lectures conseillées:Jamie Ward, The Student’s Guide to Cognitive Neuroscience, Hove: Psychology Press, 2006 Laurent Cohen, L’Homme Thermomètre,Paris: Odile Jacob, 2004

3. Distinctions entre disciplines ou approches:NeuropsychologieNeuropsychologie cognitiveNeuropsychologie cliniqueNeuroscience cognitiveNeuroimagerie cérébrale et fonctionnelleScience cognitive

4. Neuroscience cognitive: explique (ou décrit?) la cognition en termes de mécanismes cérébrauxun pont entre la science cognitive et la psychologie cognitive, d’un côté, et la biologie et la neuroscience, de l’autre

5. Cognitive Neuroscience Biology and Neuroscience Cognitive science and Cognitive psychology

6. La neuroscience cognitive s’est construite sur la base de progrès méthodologiques qui permettent l’étude du cerveau de manière sûre (déontologiquement acceptable) en laboratoire Evolution intéressante: EEG - ERP - MEG Neuropsychologie cognitive: approche consistant à utiliser des patients présentant des lésions cérébrales pour élaborer et distinguer entre des théories de la cognition normale Dans les années 1970 et 1990: partie de la psychologie cognitive Aujourd’hui: partie de la neuroscience cognitive

7. Fondements historiques de la psychologie cognitive moderne: l’approche du traitement de l’information (à partir des années 1950) et le métaphore “ordinateur” du psychisme (“mind”) —> biais fonctionnaliste et computationnaliste Débat entre autonomie et modularité versus traitement en parallèle et interactivité Implémentation de modèles computationnels au moyen de réseaux neuraux (“neural networks”) connexionnistes ou de traitement distribué en parallèles (traitement ou représentation?) : approche PDP (nœuds et connexions) —> Science cognitive: sens large et sens restreint

8. Les connexions bidirectionnelles sont la règle plutôt que l’exception dans les connexions entre les différentes aires du cerveau I’inactivation d’une aire centrale sensible au mouvement (MT) réduit la sensibilité au mouvement dans les aires visuelles V1 et V2 —> MT renvoie de l’information vers des aires de niveau plus bas Les contours illusoires dans les figures de Kanizsa activent des neurones sensibles aux bords dans V1 et V2 - cet effet est plus tardif que l’activation directe « bottom-up » de ces neurones qui a lieu pour des bords réels, comme si elle résultait de processus interactifs distribués sur plusieurs aires visuelles (Lee et al., PNAS, 2001, 98, 1907-1977) Synesthésie: un extrême d’une spectre de connectivité sensorielle—> variabilité dans la modularité et l’interconnexion entre les systèmes sensoriels

9. Est-ce que la neuroscience cognitive est en train de se substituer à la psychologie cognitive? Est-ce que le cerveau peut expliquer le psychisme?Est-ce que le rôle de la psychologie est tout simplement de proposer des théories et des expériences à la neuroscience cognitive?Coltheart, Harley : les modèles de traitement de l’information ne font pas des assertions sur le cerveauLa localisation ne nous informe pas sur la nature et les mécanismes du traitement cognitif La neuro-imagerie ne doit-elle tester que des théories déjà formalisées dans des modèles computationnels?

10. Coltheart (2006): « What has functional neuroimaging told us about the mind (so far)? », Cortex, 42, 323-331« I’ll claim that no functional neuroimaging research to date has yielded data that can be used to distinguish between competing psychological theories »Réponses par: Henson, Caplan & Chen, Cappa, Umiltà, Vallar, Seron & Fias, Schutter et al., Jonides et al., Jack et al. (opposés)Favorable: Page+ Harley (2004)« If only (it were so) that penetrating the skull brings into view not the brain but the mind » (Ian McEwa, Saturday)

11. La psychologie cognitive est nécessaire pour permettre à la neuroscience cognitive de formuler les questions de recherche appropriées Par exemple, est-ce que la reconnaissance visuelle des mots implique le calcul d’une représentation indépendante de la casse?Dehaene et al. (2001): TRs et IRMf - tâche: décider si le deuxième mot désigne un objet animé ou inanimé(le premier n’est pas identifié consciemment, car il est masqué - néanmoins, les TRs sont plus rapides pour le deuxième mot lorsqu’il est le même que le premier, et ceci indépendamment de la casse)Ceci est aussi montré par l’activation observée dans le gyrus fusiforme gauche

13. Contributions de la neuro-imagerie fonctionnelle en psychologie cognitive— Résoudre d’éventuelles ambiguïtés des mesures comportementales— Aider à décomposer les tâches cognitives en sous-composantes (si, lors de l’exécution de deux tâches, on observe deux activations cérébrales distinctes, on peut en conclure qu’elles impliquent des mécanismes différents - mais l’inférence inverse ne peut pas être faite: si on observe la même activation on ne peut conclure que le mécanisme est le même)

14. Comment un objet mental (par exemple, un mot écrit) est-il codé? - comme une suite de lettres, de bigrammes, une structure linguistique?Même questionnement pour des visages, des objets, des gestes, des intentions, le sens des mots, etc.Autrement dit: Comment deux objets mentaux se ressemblent ou se distinguent? Sont-ils codés à des niveaux d’abstraction différents? On peut y répondre, par exemple, via la méthode d’adaptation

15. Il semble que l’immense majorité des régions corticales montrent des effets d’adaptationL’adaptation serait un phénomène synaptique, reflétant les entrées du neurone, qui peuvent provenir du niveau précédent ou de sa population de neuronesL’adaptation en IRMf (moyennée sur une population de neurones) montre un bon degré de sélectivitéProblème: possibilité de facteurs attentionnels (moindre attention au fur et à mesure de la répétition) ou stratégiques—> S. Dehaene propose d’utiliser l’amorçage inconscient

16. 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.

17. Objet de la neuropsychologie cognitive: la compréhension des processus cognitifs normaux en relation avec la structure cérébrale (à partir de l’étude de patients présentant un dommage cérébral) 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

18. La neuropsychologie cognitive fait partie des neurosciences cognitives qui étudient comment le cerveau (système physique dont l’activité résulte de réactions électrochimiques) est organisé, comment cette organisation permet le traitement de l’information, de manière plus générale comment elle permet l’activité mentale, et comment ce traitement d’information conduit au comportement

19. Relations entre le cerveau et le système mental (« mind-body problem ») Dualisme psychophysique: parallèles ou synchrones; l’un influence l’autre; interactionnisme (Descartes, Eccles et Popper) Monisme psychophysique — tout est mental (Berkeley, Hegel) — le mental n’existe pas ou ne peut pas être étudié (Watson, Quine) — manifestations d’une entité unique (Spinoza, W. James, B. Russell) — le psychisme est un produit du cerveau: a. Matérialisme réductionniste b. Matérialisme émergentiste

20. Relations de causalité entre les niveaux d’organisation et les formes d’activité du cerveau / psychisme • Niveaux d’organisation Formes d’activité du cerveau/psychisme • Organisation fonctionnelle Traitement de (cognitive) l’information • Organisation cérébrale Activité éléctrochimique Flèche en pointillé: relation de causalité qui concerne la phylogénèse

21. Histoire des connaissances sur le cerveau :2.500 ans avant Jésus Christ - Imhotep, médecin égyptien, aurait observé 48 cas de pertes fonctionnelles en rapport avec des lésions du cerveau ou de la moelle épinière430-350 avant Jésus Christ - Hippocrate, médecin grec, affirme que le cerveau est responsable pour les comportements, et remarque la relation entre certaines lésions du cerveau et les troubles du langage ainsi qu’avec l’hémiplégie

22. 2ème siècle après Jésus Christ - Galène, médecin grec écrit que les nerfs sont responsables du mouvement et qu’ils ont leur origine dans le cerveau et la moelle épinière ; il pense aussi que les nerfs distillent des « esprits animaux », stockés dans des ventricules (des espaces vides) à l’intérieur du cerveau ; c’est ainsi qu’ils provoquent le mouvement.354-430 après Jésus Christ : Saint Augustin, (philosophe et théologien chrétien) place l'esprit au sein du cerveau, dans les ventricules.

23. 16ème siècle - André Vésale (médecin flamand) écrit un important traité d’anatomie du cerveau, beaucoup plus correct que les anciennes descriptions1ère moitié du 17ème siècle - Descartes maintient l’idée des esprits animaux stockés dans les ventricules cérébraux; attribue le contrôle des actions à la glande pinéale1667 - F. Glisson (médecin et anatomiste britannique) : la contraction d’un muscle n’entraîne pas d’augmentation de son volume —> les nerfs ne sont pas parcourus par des fluidesmilieu du 18ème - Alexander Monro (anatomiste et chirurgien) : un nerf ligaturé ne gonfle pas en amont de la constriction —> les nerfs sont des cordons pleins

24. Depuis Descartes (3 siècles et demi):Différenciation des fonctions périphériques: L’activité électrique dans le système nerveux progresse dans un seul sens —> distinction anatomique et fonctionnelle entre nerfs sensoriels et nerfs moteursDifférenciation des fonctions mentales ou cognitives: La philosophie des facultés (Th. Reid) et la phrénologie de F.J. Gall —> le débat entre « localisationnistes » et holistiques (l’équipotentialité)

25. début du 19ème siècle - Franz Joseph Gall propose l’idée d’une relation entre fonctions cognitives et régions du cerveau, et que les différentes « facultés » ont des sièges bien localisés dans le cerveau, plus précisément dans le cortex cérébral; naît l’idée d’une spécialisation de certaines aires cérébrales pour certaines fonctions1826 - Johannes Müller (physiologiste) montre que les nerfs transmettent une impulsion nerveuse, électriqueà peu près à la même époque - Charles Bell (anatomiste écossais) et François Magendie (physiologiste français) associent les nerfs sensoriels et les nerfs moteurs, respectivement, aux racines dorsales et ventrales de la moelle épinière

26. 1838 - Müller affirme que le fait que le cerveau distingue entre un son et une lumière est lié à la localisation dans le cerveau où arrivent les impulsions1854 - Louis Gratiolet propose la division du cerveau en 4 lobes1861 - Broca (chirurgien et anthropologue français) examine le cerveau de monsieur Leborgne, qui avait une perte quasi complète du langage et constate que ce patient aphasique avait une lésion dans la partie postérieure du lobe temporal de l’hémisphère gauche1870 - Gustav Fritsch et Eduard Hitzig (médecins allemands) développent la même idée que Müller ci-dessus en ce qui concerne l’origine cérébrale des mouvements

28. 1871 - Julius Bernstein (électrophysiologiste allemand) montre que ce qui est propagé dans le système nerveux est une charge électrique négative1874 - Wernicke (neurologue allemand) observe qu’une lésion dans la zone supérieure du lobe temporal de l’hémisphère gauche est associée à des difficultés dans la compréhension du langage

30. 1875 - Richard Caton (médecin britannique) démontre pour la première fois, sur des animaux, l’existence d’une activité électrique dans le cerveau liée à l’activité mentale1879 - Sir Mac Ewen, chirurgien, opère avec succès une tumeur cérébrale dont il avait établi lui-même la localisation : c’est le début de la neurochirurgie

31. entre 1888 et 1895 - Santiago Ramon y Cajal (neurophysiologiste espagnol) propose la théorie des neurones : il montre que le tissu cérébral est constitué de cellules (les «neurones») qui, contrairement à celles des autres tissus vivants, sont libres et séparées par de fins espaces, et il émet l'hypothèse d'un mode de communication chimique entre ces cellules. Il a reçu pour cela le Prix Nobel en 19061909 - Korbinian Brodmann (neurologue allemand) établit une carte des aires du cerveau, en donnant un numéro différent à chaque aire. Cette numérotation est encore une référence aujourd’hui

33. 1922 - Ralph Lillie (neurophysiologiste américain) met en évidence le mécanisme de la conduction de l’impulsion nerveuse le long du nerf1929 - Hans Berger (psychiatre allemand) fait les premiers enregistrements d’électroencéphalogrammes1930 - Découverte des isotopes (éléments radioactifs, instables, qui émettent des positons), sans cette découverte il n’aurait pas été possible, plus tard, d’inventer la TEP1932 - Ch. Sherrington (neurophysiologiste) reçoit le prix Nobel de médecine (avec E. D. Adrian) pour leur travail sur les neurones. Sherrington donna le nom de « synapse » à l’espace de communication entre les neurones

34. 1935 - Stroop (psychologue américain) rapporte un effet qui démontré le caractère irrépressible de la lecture1936 - découverte des propriétés magnétiques de l’hémoglobine, dans le sang ; sans cette découverte, il n’aurait pas été possible, plus tard, d’inventer l’IRM1936 - Egas Moniz, neuropsychiatre, reçoit le Prix Nobel pour avoir développé la psychochirurgie : il a fait opérer des patients psychiatriques (lobotomies frontales) afin d’améliorer leur état mental ; les résultats ont eu des conséquences indésirables (apathie, forte diminution de la réactivité et de l’intelligence). Il faut distinguer la psychochirurgie de la neurochirurgie, qui peut être nécessaire, par exemple, en cas de tumeur ou de crainte de rupture d’anévrisme

35. 1937 - Le neuroanatomiste Papez met en évidence un ensemble de structures que sera appelé « circuit de Papez » et dont on montrera plus tard qu’il intervient dans la consolidation des souvenirs 1947 - démonstration de l’existence des synapses, grâce à la microscopie électronique inventée par Ernst Ruska (prix Nobel de physique en 1986) et Max Knoll, physiciens allemands. Le travail sur les synapses fut récompensé par un prix Nobel donné à Eccles, Huxley et Hodgkin en 19631950 - Penfield et Rasmussen (neurologues à l’Institut Neurologique de Montréal) établissent la carte fonctionnelle du cortex moteur et dessinent l’homunculus moteur

36. 1960 - Hubel et Wiesel, psychophysiologistes américains, reçoivent le Prix Nobel de Médecine pour avoir mis en évidence les propriétés fonctionnelles des neurones du cortex visuel1960 - Première technique de cartographie du débit sanguin cérébral chez l’animal vivant par l’équipe de Lou Sokollof aux EUA (en injectant un traceur radioactif). L’animal est euthanasié dans les minutes qui suivent l’expérience, son cerveau découpé en tranches fines qui sont déposées sur des plaques photographiques afin de mesurer la quantité locale de radioactivité

37. 1960 - Début des études sur les sujets humains commissurotomisés, aussi appelés sujets à cerveau divisé On découvre que les deux hémisphères travaillent ensemble. Leurs interactions sont assurées par des connexions inter-hémisphériques, dont la plus importante est le corps calleux. Cette structure neurale permet donc le passage de l’information d’un hémisphère à l’autre : ainsi, un patient chez qui l’on a coupé le corps calleux aura de grandes difficultés à coordonner les mouvements précis des deux mains

39. 1961 - David Ingvar et ses collègues ont pu utiliser un gaz radioactif, le Xénon 133, chez l’homme, de manière inoffensive, et recueillir une image de l’activation moyenne du cerveau pendant quelques minutes

40. à partir du milieu des années 1960 - grand développement de la psychologie cognitive expérimentale, conduisant à l’analyse fine des composantes de l’activité cognitive ; les modèles théoriques élaborés ont par la suite été utilisés dans les études sur le fonctionnement du cerveauà partir de 1970 - reprise intensive des études de patients individuels, qui montrent une perte ou diminution d’une capacité bien précise. Ces études se basent sur des modèles théoriques de la capacité en question et essayent de mettre en évidence des « doubles dissociations ». Par exemple, alors qu’un patient qui peut lire un mot irrégulier comme « femme » ne peut pas lire un non-mot comme « fimme », un autre patient montre exactement le déficit inverse

41. 1974 - construction de la première caméra TEP1977 - construction de la première caméra IRM1979 - premières mesures avec la caméra TEP de la consommation de glucose dans le cerveau1980 - Sperry (neurophysiologiste et neuropsychologue) reçoit le Prix Nobel de Médecine pour avoir montré le rôle important des commissures inter-hémisphériques et en particulier du corps calleux dans le comportement1981 - premières mesures avec la caméra TEP de la consommation régionale d’oxygène dans le cerveau1991 - premières mesures de IRMf

42. Progrès actuels considérés comme révolutionnaires:Glimcher & Kanwisher, in Cognitive neuroscience, editorial overview, Current Opinion in Neurobiology, 2006: « Real progress is being made on one of the greatest scientific questions of all time: the effort to understand the nature and workings of the human mind »Illes & Bird, in Trends in Neurosciences, 2006:« In 1957, Sir Francis Bacon wrote « Knowledge is power » (‘Ipsa scientia potestas est ». The potential of new neuroscience knowledge is almost beyond comprehension... »

43. Est-ce que notre compréhension du cerveau et de comment il cause le comportement peut affecter notre idée du libre arbitre et, par conséquent, de la responsabilité morale?

44. Doutes sur le libre arbitre:— (venant d’en haut) doctrine théologique : comment un Dieu omniscient ne pourrait-il pas savoir ce qu’on va faire, et s’il le sait est-ce que nous sommes encore libres de faire ce que nous voulons?)— (venant d’en bas) théorie physique : nous sommes soumis à des lois naturelles déterministes, et si l’univers n’est pas déterministe alors il est aléatoire et c’est le hasard et pas notre volonté qui détermine nos actesTous ces problèmes existent indépendamment des neurosciences

45. L’indéterminisme à un niveau(par exemple taux de décharge des neurones ou interactions entre atomes et molécules)n’est pas incompatible avec le déterminisme à un autre niveau(l’opération du système à un niveau plus élevé - par exemple l’organisation des types de traitement de l’information - peut être déterminée par des lois)

46. Le fait de nous voir comme des êtres biologiques n’affecte pas notre notion d’êtres libres et responsablesDeux faits certains, documentés: 1. L’intuition du libre arbitre est très précoce au cours du développement2. Nos jugements sur le libre arbitre et la responsabilité morale sont fortement affectés par nos émotionsLes neurosciences n’affecteront nos conceptions que si elles suppriment les descriptions mentalistes de nos étatsQuestion? Libre arbitre ou contrôle (probablement dépendant du système en question)

47. Depuis 50 ans:1. Les études de séries et de groupes de patients (y compris 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 »

48. Etude de séries(groupement par syndrome ou par lésion anatomique):mise 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) lésé

49. Causes possibles de lésion: lésions traumatiques, accidents vasculaires, tumeurs, neurochirurgie, troubles neuro-dégénératifs, infections virales, …rôle historique des études de séries, critiques, situation actuelleLes « lésions virtuelles »: la TMS(pour mémoire et présentation ultérieure)

50. Cas particulier (précédant de peu les études de cas uniques): Études sur des sujets « split-brain » ou commissurotomisés principes sur lesquelles se fonde l’inférence d’une asymétrie inter-hémisphérique (projection et contrôle controlatéraux) Principaux apports