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Introduction aux neurosciences cognitives Neuropsychologie et neuroimagerie fonctionnelle

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Introduction aux neurosciences cognitives Neuropsychologie et neuroimagerie fonctionnelle. Frédéric BERNARD www.fredericbernard.com Département d’Etudes Cognitives Ecole Normale Supérieure. Plan du cours. Introduction Méthode anatomo -clinique classique

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Presentation Transcript
introduction aux neurosciences cognitives neuropsychologie et neuroimagerie fonctionnelle

Introduction aux neurosciences cognitivesNeuropsychologie et neuroimageriefonctionnelle

Frédéric BERNARD

www.fredericbernard.com

Département d’Etudes Cognitives

Ecole Normale Supérieure

plan du cours
Plan du cours
  • Introduction
  • Méthode anatomo-clinique classique

3. Techniques de neuroimagerie fonctionnelle : principe

4. Exemples d’applications :

- mémoire et vieillissement

- cognition sociale

- neuroéconomie

5. Stimulation magnétique transcrânienne (TMS)

6. Conclusion et perspectives

plan du cours3
Plan du cours
  • Introduction
  • Méthode anatomo-clinique classique

3. Techniques de neuroimagerie fonctionnelle : principe

4. Exemples d’applications :

- mémoire et vieillissement

- cognition sociale

- neuroéconomie

5. Stimulation magnétique transcrânienne (TMS)

6. Conclusion et perspectives

neurosciences cognitives
Neurosciences cognitives
  • Approche interdisciplinaire : psychologues cognitivistes, neuropsychologues, neuroimageurs, neurobiologistes, linguistes, neurologues, informaticiens.
  • Intégration des données de ces disciplines permettant l’étude des bases cérébrales des fonctions cognitives (langage, mémoire, perception, raisonnement, etc.).
  • Michael Gazzaniga et George Miller, fin des années 70 : « comment le cerveau fait jaillir l’esprit »
plan du cours5
Plan du cours
  • Introduction
  • Méthode anatomo-clinique classique

3. Techniques de neuroimagerie fonctionnelle : principe

4. Exemples d’applications :

- mémoire et vieillissement

- cognition sociale

- neuroéconomie

5. Stimulation magnétique transcrânienne (TMS)

6. Conclusion et perspectives

neuropsychologie
Neuropsychologie
  • Relations cerveau-comportement

Franz Joseph Gall (1758-1828) Phrénologie

m thode anatomo clinique
Méthode anatomo-clinique

Lésion cérébrale → perturbation comportementale

Papyrus Edwin Smith 1862

Fracture partie temporale du crâne → patient ne peut pas parler

Première description d’aphasie

slide8

Leborgne

Paul Broca (1824-1880)

Dronckers et al. (2007)

slide9

Phineas Gage

Antonio R. Damasio

L’erreur de Descartes

Editions Odile Jacob

slide10
H.M.

Brenda Milner

Scoville et Milner, 1957 Corkin et al. 1997

limites de la m thode anatomo clinique
Limites de la méthode anatomo-clinique
  • Lésions ne concernent rarement qu’une seule région
  • Variabilité interindividuelle importante : études de groupes difficiles
  • Influence directe ou indirecte sur d’autres régions (diaschisis)
  • Plasticité et processus de réorganisation
  • Difficile d’appréhender à partir de tests neuropsychologiques classiques la dynamique des processus cognitifs
plan du cours12
Plan du cours
  • Introduction
  • Méthode anatomo-clinique classique

3. Techniques de neuroimagerie fonctionnelle : principe

4.Exemples d’applications :

- mémoire et vieillissement

- cognition sociale

- neuroéconomie

5. Stimulation magnétique transcrânienne (TMS)

6. Conclusion et perspectives

slide13

Principe des études de

neuroimagerie fonctionnelle

Activité cognitive

Modification activité neurale

Réponse hémodynamique

 

DSCOxygène

 

TEPIRMf

aspects pratiques de l irm fonctionnelle
Aspects pratiques de l’IRM fonctionnelle

1. Sélection des volontaires

- claustrophobie

- pas d’objet métallique dans le corps

- pas de maladie neurologique ou psychiatrique

- pas de psychotrope

- droitiers

2. Contraintes liées à la machine

- bruit

- confinement

slide16
Stimulations
  • Visuelle : image, vidéo sur écran via miroir
  • Auditive : sons délivrés par écouteurs

Réponses

- Motrice : boîtier de réponse, joystick, souris, poursuite oculaire => précision, temps réponse

paradigmes en irm fonctionnelle
Paradigmes en IRM fonctionnelle

1. Blocked-design

2. Event-related (événementiel)

pr traitement
Pré-traitement

Correction des mouvementsNormalisation spatiale

m thodes d analyse des donn es
Méthodes d’analyse des données

1. Méthode des contrastes

Référence Cible Activations

Comparaisons entre les valeurs d’activité obtenues lors d’une tâche cible et celles obtenues lors d’une tâche de référence

 Régions impliquées dans la réalisation de la tâche

slide20

2. Méthode paramétrique

  • Variation de l’activité en fonction de la difficulté/complexité d’une tâche.
  • 3. Méthode des corrélations
  • Régions dont l’activité est significativement corrélée (positivement ou négativement) à une performance cognitive.
  • Connectivité fonctionnelle
  • Quantification des interactions fonctionnelles entre régions cérébrales.
slide21

Apports :

  • Régions cérébrales mobilisées par des sujets sains
  • Approche scientifique (contrôle des variables, reproductibilité des résultats)
  • Comparaisons statistiques entre groupes de sujets
  • Meilleure connaissance du fonctionnement cognitif
  • Confrontation avec les données de la pathologie, de la psychologie cognitive, de l’intelligence artificielle
  • Etude de patients (processus compensatoires)
slide22

Limites :

  • Faible résolution temporelle → couplage avec EEG/MEG
  • Epreuves et environnement peu écologiques
plan du cours23
Plan du cours
  • Introduction
  • Méthode anatomo-clinique classique

3. Techniques de neuroimagerie fonctionnelle : principe

4. Exemples d’applications :

- mémoire et vieillissement

- cognition sociale

- neuroéconomie

5. Stimulation magnétique transcrânienne (TMS)

6. Conclusion et perspectives

slide24

Mémoire épisodique/mémoire sémantique (Tulving, 1972)

  • Mémoire sémantique : connaissances générales sur le monde (vocabulaire, faits, etc.) sans référence à un contexte spécifique
  • Mémoire épisodique : système qui permet de traiter l’information personnellement vécue selon son contexte spatio-temporel
  • Evaluation ME
  • Processus :
  • - encodage
  • - récupération : rappel libre, rappel indicé, reconnaissance
  • Matériel :
  • - verbal/non-verbal
  • Traitement :
  • - intentionnel/incident
  • - superficiel/profond (Craik et Lockhart, 1972)
slide25

Neuroimagerie fonctionnelle de la mémoire épisodique

  • Régions frontales
  • - modèle HERA (Hemispheric Encoding/Retrieval Assymetry ; Tulving et al., 1994)
  • - sites « REMO » (Retrieval Mode ; Lepage et al., 2000)
slide26

Neuroimagerie fonctionnelle de la mémoire épisodique

  • Régions frontales
  • - modèle HERA (Hemispheric Encoding/Retrieval Assymetry ; Tulving et al., 1994)
  • - sites « REMO » (Retrieval Mode ; Lepage et al., 2000)
slide27

Neuroimagerie fonctionnelle de la mémoire épisodique

  • Régions frontales
  • - modèle HERA (Hemispheric Encoding/Retrieval Assymetry ; Tulving et al., 1994)
  • - sites « REMO » (Retrieval Mode ; Lepage et al., 2000)
slide28

Neuroimagerie fonctionnelle de la mémoire épisodique

  • Régions frontales
  • - modèle HERA (Hemispheric Encoding/Retrieval Assymetry ; Tulving et al., 1994)
  • - sites « REMO » (Retrieval Mode ; Lepage et al., 2000)
slide29

Neuroimagerie fonctionnelle de la mémoire épisodique

  • Région temporale interne
  • modèle HIPER (Lepage et al. Hippocampus, 1998)
slide30

Vieillissement cérébral

Courchesne et al. Radiology (2000)

slide31
Good et al. NeuroImage. (2001)

Corona radiata

Région temporale interne

Gyri pré- et post-central

vieillissement et m moire pisodique
Vieillissement et mémoire épisodique

Déclin lié à l’âge des performances en mémoire épisodique

Encodage:

Déficit de traitement

Déficit de production

Récupération : Rappel libre > Rappel indicé > Reconnaissance

Processus contrôlés

Facteurs généraux

Ressources attentionnelles

Mémoire de travail

Vitesse de traitement

Inhibition

slide34

Neuroimagerie fonctionnelle de la ME dans le vieillissement

Encodage : - tâches et comparaisons

  • Grady et al. Cerebral Cortex (1999)
  • Incident superficiel (majuscules/minuscules)
  • Incident profond (vivant/non-vivant)
  • Intentionnel
slide35

Neuroimagerie fonctionnelle de la ME dans le vieillissement

Encodage : - tâches et comparaisons

  • Madden et al. Human Brain Mapping (1999)
  • Intentionnel profond (vivant/non-vivant)
  • Incident superficiel (majuscules/minuscules)
slide36

Neuroimagerie fonctionnelle de la ME dans le vieillissement

Encodage : - tâches et comparaisons

  • Logan et al. Neuron (2002)
  • Intentionnel
  • Incident profond
  • Incident superficiel
  • Fixation

Fixation

slide37

Neuroimagerie fonctionnelle de la ME dans le vieillissement

  • Encodage : - tâches et comparaisons
  • - ordre de présentation des épreuves
  •  Encodage intentionnel après épreuve de référence
  • Récupération : - intérêt de l’utilisation du rappel indicé
  • Complémentarité des méthodes (Tulving et al., 1999)
  • Soustractions : régions « impliquées »
  • Corrélations : régions associées à la performance
neuroimagerie de la m moire pisodique dans le vieillissement
Neuroimagerie de la mémoire épisodique dans le vieillissement

Méthode soustractive

 Encodage intentionnel

 Rappel indicé

Méthode des corrélations entre le niveau d’activité associé à l’encodage intentionnel et les performances en rappel indicé

 régions cérébrales dont le niveau d’activité prédit le succès de la récupération

slide42

ENCODAGE - LECTURE (Jeunes + Agés)

p<0,05, FDR corrigé des comparaisons multiples

ENCODAGE - LECTURE (Jeunes vs Agés)

p<0,05, FDR corrigé des comparaisons multiples

PAS DE DIFFERENCE SIGNIFICATIVE

slide43

RAPPEL INDICE – COMPLETEMENT (Jeunes + Agés)

p<0,05, FDR corrigé des comparaisons multiples

RAPPEL INDICE – COMPLETEMENT (Jeunes vs Agés)

p<0,05, FDR corrigé des comparaisons multiples

PAS DE DIFFERENCE SIGNIFICATIVE

slide44

Cabeza et al. NeuroImage (2002)

Modèle HAROLD (Hemispheric Asymetry Reduction in Old adults)

slide45

Corrélations DSC Encodage / Perf Rappel indicé

Cortex périrhinal

Jeunes = Agés

slide46

Corrélations DSC Encodage / Perf Rappel indicé

Cortex périrhinal

Jeunes = Agés

Hippocampe

Agés = Jeunes

slide47

Corrélations DSC Encodage / Perf Rappel indicé

Cortex périrhinal

Jeunes = Agés

Hippocampe

Jeunes = Agés

Gyrus frontal inférieur

Agés > Jeunes

r sum
Résumé

Le déclin, lié à l’âge, des performances en rappel indicé est du à une combinaison :

  • Déficit subtil d’encodage associé à un pattern de corrélations plus étendu
  • Réseau de récupération moins efficace ; absence de réorganisation fonctionnelle compensatoire
ad