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Introduction aux neurosciences cognitives Neuropsychologie et neuroimagerie fonctionnelle PowerPoint PPT Presentation


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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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Introduction aux neurosciences cognitives Neuropsychologie et neuroimagerie fonctionnelle

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Presentation Transcript


Introduction aux neurosciences cognitivesNeuropsychologie et neuroimageriefonctionnelle

Frédéric BERNARD

www.fredericbernard.com

Département d’Etudes Cognitives

Ecole Normale Supérieure


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 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

  • 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 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

  • Relations cerveau-comportement

    Franz Joseph Gall (1758-1828) Phrénologie


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


Leborgne

Paul Broca (1824-1880)

Dronckers et al. (2007)


Phineas Gage

Antonio R. Damasio

L’erreur de Descartes

Editions Odile Jacob


H.M.

Brenda Milner

Scoville et Milner, 1957 Corkin et al. 1997


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 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


Principe des études de

neuroimagerie fonctionnelle

Activité cognitive

Modification activité neurale

Réponse hémodynamique

 

DSCOxygène

 

TEPIRMf


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


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

1.Blocked-design

2.Event-related (événementiel)


Pré-traitement

Correction des mouvementsNormalisation spatiale


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


  • 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.


  • 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)


  • Limites :

  • Faible résolution temporelle → couplage avec EEG/MEG

  • Epreuves et environnement peu écologiques


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


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)


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)


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)


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)


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)


Neuroimagerie fonctionnelle de la mémoire épisodique

  • Région temporale interne

  • modèle HIPER (Lepage et al. Hippocampus, 1998)


Vieillissement cérébral

Courchesne et al. Radiology (2000)


Good et al. NeuroImage. (2001)

Corona radiata

Région temporale interne

Gyri pré- et post-central


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


Neuroimagerie fonctionnelle de la ME dans le vieillissement

Encodage :- tâches et comparaisons


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


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)


Neuroimagerie fonctionnelle de la ME dans le vieillissement

Encodage :- tâches et comparaisons

  • Logan et al. Neuron (2002)

  • Intentionnel

  • Incident profond

  • Incident superficiel

  • Fixation

Fixation


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 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


Sujets


Epreuves


Résultats comportementaux

*

*p<0.005


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


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


Cabeza et al. NeuroImage (2002)

Modèle HAROLD (Hemispheric Asymetry Reduction in Old adults)


Corrélations DSC Encodage / Perf Rappel indicé

Cortex périrhinal

Jeunes = Agés


Corrélations DSC Encodage / Perf Rappel indicé

Cortex périrhinal

Jeunes = Agés

Hippocampe

Agés = Jeunes


Corrélations DSC Encodage / Perf Rappel indicé

Cortex périrhinal

Jeunes = Agés

Hippocampe

Jeunes = Agés

Gyrus frontal inférieur

Agés > Jeunes


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


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