Les subtrats neuronaux du traitement sémantique résiduel dans la
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Revue Les subtrats neuronaux du traitement sémantique résiduel dans la démence sémantique: apports de la neuroimagerie fonctionnelle Neural substrates of residual semantic processing in semantic dementia: evidence from functional neuroimaging studies Jessica Pineault1*, Pierre Jolicoeur1, Simona Maria Brambati2, Nathalie Bier2 Jacinthe Lacombe1,2, Stephan Grimault1,3, Sven Joubert1,2 1- Centre de recherche en neuropsychologie et cognition (CERNEC)- Département de psychologie- Université de Montréal C.P. 6128 Succursale Centre-ville, Montréal (Québec) H3C 3J7 Canada 2- Centre de recherche de l’Institut universitaire de gériatrie de Montréal (CRIUGM) 4545, ch. Queen-Mary, Montréal (Québec) H3W 1W4 Canada 3- CNRS, Marseille, France. * correspondance [email protected] Téléphone : (514) 343-6972 - Télécopieur : (514) 343-2285 [email protected] Téléphone : (514) 343-6511 (bureau) - Télécopieur : (514) 343-2285 [email protected] Téléphone : (514) 340-3540 poste 4147 - Télécopieur : (514) 340-3548 2 [email protected] Téléphone : (514) 340-3540 poste 3072 - Télécopieur : (514) 340-3548 1 Téléphone : (514) 343-6111 poste 5587 (bureau) - Télécopieur : (514) 343-2285 [email protected] Téléphone : (514) 340-3540 poste 4004 [email protected] Téléphone : (514) 343-6972 - Télécopieur : (514) 343-2285 1 [email protected] Téléphone : (514) 343-6940 (bureau) 2 Téléphone : (514) 340-3540 poste3551 / Télécopieur : (514) 340-3548 Article reçu le: Article accepté le: / Télécopieur : (514) 343-2285 01/08/2011 30/12/2011 Jessica Pineault et coll. 1 Résumé Chez Summary les individus atteints de Semantic memory represents our démence sémantique (DS), une maladie general neurodégénérative caractérisée par une including atrophie marquée des lobes temporaux concepts. Recent theoretical models of antérieurs (LTA), on constate une altération semantic du traitement sémantique. Cette atteinte se anterior temporal lobes (ATL) as one of the traduit au quotidien par des difficultés dans key la dénomination et la reconnaissance des processing of semantic information at an objets ainsi que des erreurs dans la lecture abstract and amodal level. This model is de mots irréguliers. Cette revue se veut un essentially based on the observation of bilan actuelles patients with semantic dementia (SD), a d'activation neurodegenerative condition characterized traitement predominantly by a focal atrophy of the sémantique résiduel dans la DS, afin de ATLs and known to wipe out semantic vérifier si certaines structures autres que les memory. LTA faisant partie du réseau sémantique pattern of semantic decline and atrophy in permettent de compenser l'atrophie sévère this condition, little is known about the brain des LTA dans la DS. regions that are associated with preserved des concernant cérébrale connaissances les patrons associés au knowledge the meaning memory anatomical about have regions Despite the of the world, words suggested underlying and the the well-documented semantic abilities in SD. Therefore, this review is meant to summarize our actual knowledge cortical concerning activation the patterns underlying of residual semantic processing in SD and to verify if cerebral structures (other than the ATLs) that are part of the semantic network can compensate the severe atrophy of the ATLs in SD. Jessica Pineault et coll. 2 Le bon fonctionnement d’un individu au réseau quotidien réside principalement dans sa plusieurs régions cérébrales spécifiques. capacité à s’adapter à son environnement et Certaines régions cérébrales formant ce à adapter son environnement à lui-même, « réseau cette capacité étant étroitement liée à sa région compréhension le préfrontal inférieur, seraient responsables composent. Concrètement, un individu bien des processus permettant la recherche adapté à son environnement sera apte, stratégique, l’accès et la manipulation des d’une part, à identifier les objets, les concepts en mémoire, tandis qu'une autre personnes ou les lieux sur la base de région représenterait le centre vers lequel l’ensemble convergerait et serait intégré l'ensemble des des des perceptuelles et éléments qui caractéristiques conceptuelles étendu sémantique », et recrutant notamment temporo-pariétale et le la cortex les informations de nature sémantique à un représentent et, d’autre part, à comprendre niveau conceptuel [2]. Ce centre, localisé les mots et les phrases qui lui sont dans communiqués. temporaux L’ensemble qui neuronal de ces la partie antérieure antérieurs (LTA), des lobes permettrait connaissances générales, indépendantes ainsi l’intégration de l’information liée aux de leur contexte d’acquisition et partagées différentes propriétés d’un objet par la par un même groupe culturel, relèvent de la même mémoire indépendamment sémantique [1]. Parmi ces population du de type neurones, de tâche connaissances, on retrouve l’information de demandée, lui conférant ainsi une nature nature linguistique (lexique des mots et amodale [3]. Ce modèle de la mémoire syntaxe), ainsi que l’information liée à la sémantique perception caractéristiques essentiellement sur l'observation clinique fonctionnelles des entités qui composent d’un syndrome neurodégénératif rare du l’environnement de l’individu. cortex cérébral : celui de la démence et aux Le traitement de l’information de (figure 1) repose sémantique (DS). nature sémantique s’effectue à travers un Jessica Pineault et coll. 3 Figure 1 Organisation de la mémoire sémantique (selon le modèle de Patterson, et al., 2007 avec ajouts de Whitney, et al., 2011). Le réseau sémantique serait composé notamment de la région temporo-pariétale et du cortex préfrontal inférieur, régions responsables des processus permettant la recherche stratégique, l’accès et la manipulation des concepts en mémoire. Par ailleurs, le l’ensemble centre des de convergence informations de de nature sémantique serait situé dans les régions temporales antérieures et permettrait conséquemment l’intégration de l’information liée aux différentes propriétés d’un objet par la même population indépendamment du de type neurones, de tâche demandée, lui conférant ainsi une nature amodale. Dans la l’évocation de son nom, ni par son toucher, dégénérescence du cortex cérébral a lieu car c’est la représentation mnésique de essentiellement dans la région des LTA et l’objet qui est progressivement altérée [2]. entraînerait ce Dans la majorité des cas de DS, multimodale des concepts tels que les l’atrophie, habituellement asymétrique, est objets bilatérale et prédomine dans l’hémisphère les Conséquemment, défaut clinique, d’identification et un syndrome personnes la gauche [5] (figure 2). Anatomiquement, elle représentation sémantique est atteinte ne est généralement caractérisée par une perte pourrait être reconnu ni par la présentation de 50 à 80% du volume de matière grise d’une chez les patients, localisée sur la surface image le un familières. objet représentant, dont ni par Jessica Pineault et coll. 4 inférieure et latérale des LTA [6]. On stades plus avancés de la maladie, le cortex observe la orbitofrontal, très proche anatomiquement positron des régions atteintes, présente également également, tomographie par au moyen émission de de (TEP), une correspondance directe entre un une réduction du métabolisme cérébral des Cette région cérébrale étant fortement liée à régions temporales antérieures (reflétant la régulation du caractère et des émotions, il une atteinte fonctionnelle) et l’atrophie de arrive que certains patients atteints de DS ces mêmes régions observée au moyen de présentent des troubles comportementaux l’imagerie se manifestant par de la rigidité mentale et par résonance magnétique (reflétant une atteinte structurale). Dans les fonctionnement métabolique ralenti. une tendance à l’égocentrisme Figure 2 IRM anatomique d’une patiente atteinte de démence sémantique. L’atrophie, caractérisée par une perte variant entre 50 à 80% du volume de matière grise, est nettement prédominante dans le lobe temporal antérieur (LTA) gauche mais également présente dans une moindre mesure dans le LTA droit. Chez les patients qui souffrent de DS, la les objets de la vie de tous les jours : outils, principale l’atteinte ustensiles, aliments, etc. [4, 7, 8]. Cette cognitive constitue une perte graduelle des perte conceptuelle, indépendante de la connaissances et du vocabulaire concernant modalité sensorielle de présentation de manifestation de Jessica Pineault et coll. 5 l’information, se manifeste de manière très Cette dyslexie de surface s’exprime à stable au niveau de la performance dans travers des difficultés marquées dans la différentes tâches de nature sémantique, lecture notamment celles impliquant une action de présentent catégorisation ou de jugement lexical ou orthographique sémantique l’atteinte exceptionnelle ou atypique et pour lesquels sémantique se manifeste en premier lieu par la dénomination adéquate n’est possible des difficultés quant à la capacité de traiter qu’en les sémantique du concept. Ces déficits se [9]. concepts (labrador, Typiquement, à un pour niveau nommer spécifique mots peu une fréquents correspondance et accédant qui à phonémique la représentation chien) traduisent chez les patients par des erreurs relativement à la capacité à traiter le même de surrégularisation dans la prononciation item à un niveau de traitement plus général de ces mots (tabac serait prononcé tabak) (animal). Puis, une altération progressive et et plus de connaissances spécifiques suffisantes sur généralisation et de différenciation entre les l’objet, les patients doivent compenser en concepts sémantiquement similaires a lieu utilisant des stratégies systématiques de au cours de l’évolution de la maladie. Parmi conversion graphème-phonème [10]. Dans les autres manifestations comportementales des de on présentent une atteinte prédominante du retrouve également la présence de dyslexie LTA droit, on observe des troubles de de surface, sous-tendue par une incapacité reconnaissance (agnosie sémantique) qui à lire des mots irréguliers (tabac, vingt et sont autres mots dont la prononciation n’est pas prévalence plus élevée de l’apparition de directement dérivée de l’orthographe, par troubles opposition l’évolution de la maladie. étendue ce des syndrome aux un de capacités neurodégénératif, mots réguliers qui se suggèrent cas plus qu’en rares généralement l’absence de patients accompagnés comportementaux de lors qui d’une de prononcent comme ils s’écrivent), reflétant À ce jour, un certain nombre d’études probablement aux neuroanatomiques et comportementales ont caractéristiques sémantiques des mots lus. été réalisées auprès de patients souffrant de la perte d’accès Jessica Pineault et coll. 6 DS. Ces dernières ont d’ailleurs permis de des LTA. Leur étude, qui avait pour but faire la lumière sur l’étendue de l’atrophie, d’évaluer un groupe de patients atteints de leur localisation ainsi que leurs relations DS lors d’une tâche de décision sémantique avec qui en TEP, a permis de révéler la présence accablent les patients atteints de cette d’altérations dans les patrons d’activation maladie. Cependant, très peu d’études ont ainsi que dans la connectivité fonctionnelle permis de documenter les mécanismes liés entre au traitement sémantique résiduel dans ce sémantique chez ces patients, relativement type de maladie. Conséquemment, l’objectif à des sujets sains [11]. De ce fait, malgré un est de documenter les études récentes qui taux d’exactitude des réponses excédant ont étudié l’activité cérébrale fonctionnelle celui du hasard (entre 69 et 71%), les (grâce à des méthodes de neuroimagerie résultats cérébrale) chez des patients atteints de DS activation réduite dans certaines régions lorsqu’ils réalisent une tâche sémantique chez les patients. Cette dernière a été dans le scanner. Nous souhaitions ainsi retrouvée notamment au niveau du gyrus effectuer inférotemporal postérieur gauche et de la les déficits un comportementaux bilan des connaissances certaines en TEP régions ont fait du état d’une actuelles concernant les patrons d'activation jonction cérébrale traitement des régions cérébrales dont les fonctions sémantique résiduel dans la DS, notamment respectives sont de permettre l’accès du afin structures système sémantique au stock d’informations cérébrales autres que les LTA faisant partie lexicales et de réguler l’attention visuelle liée du « réseau sémantique » permettent de à la reconnaissance des objets. Par ailleurs, compenser l'atrophie sévère des LTA dans les analyses structurelles effectuées dans la DS. les régions temporales postérieures ont Les travaux de Mummery et collaborateurs démonté une absence d’atrophie, portant à (1999) représentent l’une des premières croire que les déficits fonctionnels recensés tentatives de rapporter in vivo le traitement chez les patients seraient davantage liés à sémantique résiduel lié à une atteinte focale une réduction de l’input provenant du LTA de associés au vérifier si certaines Jessica Pineault et coll. temporo-occipito-pariétale réseau droite, 7 gauche. Par opposition, l’activation du gyrus Plus frontal inférieur, du gyrus temporal médian, neuroimagerie de la jonction temporo-occipito-pariétale auprès de patients souffrant de DS se sont gauche, principalement du gyrus occipital supérieur récemment, les études fonctionnelle en effectuées concentrées sur les gauche, du cortex cingulaire antérieur et du mécanismes sémantiques (liés à la lecture cervelet droit s’avérait équivalente à celle de de mots irréguliers, tel que chorale) et sujets sains. Également, une augmentation phonologiques (liés à la lecture de pseudo- dans l’activation de régions critiques au bon mots, qui sont des chaînes de caractère fonctionnement du réseau sémantique, tels dénuées de sens, tel que pasnel) impliqués que le cortex prémoteur et certaines autres dans la lecture chez ces derniers. Plus sous-régions frontales gauches, la partie spécifiquement, elles s’inscrivent au sein supérieure du gyrus temporal antérieur d’une tentative d’élaboration d’un modèle gauche ainsi que le LTA droit a été fonctionnel et anatomique de la lecture, par observée chez les patients lors de la tâche l’identification sémantique sous-tendant la lecture dans un contexte de (relativement à une tâche des substrats neuronaux contrôle visuelle). Conséquemment, au-delà vieillissement normal et pathologique. de l’activation d’un réseau de régions L’étude de Price et al. (2003) représente cérébrales comparable aux sujets sains, les l’une capacités de l’élaboration du modèle, en documentant le patients atteints de DS seraient sous- cas d’une patiente présentant une atrophie tendues par le recrutement supplémentaire importante des LTA lors d’une tâche de des régions temporales homologues et péri- lecture atrophiques ainsi que par une hausse de la irréguliers [12]. Cette dernière, dont les demande au cortex frontal gauche. Ce sont capacités ainsi ces mécanismes qui permettraient de phonème compenser pseudo-mots, résiduelles de partiellement traitement les déficits sémantiques liés à l’atrophie des LTA. des premières de esquisses pseudo-mots de lui et conversion permettaient s’avérait de dans mots graphèmede lire toutefois des très hypothéquée au moment de lire des mots irréguliers. L’imagerie fonctionnelle avait Jessica Pineault et coll. 8 alors révélé chez cette patiente un patron l’atrophie d’activation dont des régions précédemment fonctionnelle liée à la dyslexie de surface décrites auprès de sujets sains étaient dans la DS lors d’une tâche de lecture de impliquées 14]; mots et de pseudo-mots. Les résultats frontales obtenus ont révélé une augmentation de régions l’activation du sillon intrapariétal gauche lors sensorimotrices et la partie postérieure du de la lecture de mots peu fréquents gyrus présentant dans la lecture notamment les postérieures gauches, fusiforme [13, régions les médian gauche. des LTA une et l’activation structure Subséquemment, une absence d’activation particulièrement a régions commettent des erreurs de régularisation. fusiformes antérieures gauches ainsi que Cette région, également activée chez des dans le LTA, le gyrus angulaire et le sillon sujets sains lors de la lecture de pseudo- temporal supérieur gauche; des régions mots et de mots réguliers peu fréquents, impliquées dans le traitement et la prise de joue un rôle crucial dans les processus de décisions une conversion graphème-phonème, suggérant suractivation des régions sensorimotrices ainsi que, chez les patients atteints de DS, gauches, habituellement impliquées dans le l’activation du sillon intrapariétal gauche traitement phonologique, a également été serait responsable de la dépendance accrue observée chez cette patiente, suggérant un à des stratégies phonologiques dans la recrutement accru de mécanismes liés au lecture traitement l’information sémantique liée au concept est été documentée dans sémantiques. les Toutefois, phonologique lorsqu’un de lorsque atypique, mots patients irréguliers perdue. impossible. fonctionnelle, dans les régions temporales Ultérieurement, les études de Brambati, et supérieures et dans le gyrus fusiforme al. (2008) et de Wilson, et al. (2009) ont médian gauche, présente chez les sujets permis de corroborer les résultats obtenus sains, s’est révélée par Price, et al. (2003) en documentant avec patients DS. Or, une corrélation a été établie plus de précision la relation existant entre entre l’intégrité Jessica Pineault et coll. ailleurs, lorsque traitement sémantique efficace des mots est Par les de l’activation absente ces chez régions et les la 9 performance en lecture de mots à structure structures semble clairement corroborée par atypique, tandis que l’intégrité des régions l’ensemble des études réalisées à ce jour, il temporopariétales gauches et la portion semble postérieure « typique » du gyrus fusiforme serait difficile du d’établir un traitement patron sémantique davantage corrélée avec la lecture de résiduel en raison du grand nombre de pseudo-mots [15]. Pris dans leur ensemble, structures ces résultats suggèrent que les patients DS possiblement compensent leur incapacité à récupérer les mécanismes associations atypiques graphème-phonème certaines ne sont pas connues comme des habituellement faisant partie du réseau sémantique. Par stockées dans le système sémantique, en ailleurs, en raison de difficultés importantes leur substituant une fonction intacte, celle de en IRM fonctionnelle liées à l’obtention de conversion signal mots irréguliers, « systématique » de recensées comme impliquées dans les et dont compensatoires dans les étant régions temporales l’orthographe en sons, généralement utilisée antérieures (susceptibilty artefact), il est dans la lecture de mots réguliers et de possible pseudo-mots, ayant ainsi pour conséquence neuroimagerie d’engendrer méthode idéale pour l’obtention d’activations davantage d’erreurs de que cette ne méthode représente pas de une régularisation. lors de protocoles de recherche évaluant le Conclusion traitement sémantique. Néanmoins, des Le peu d’études réalisées à ce jour en cours neuroimagerie domaine. De plus, notons également que améliorations notables ont été réalisées au fonctionnelle chez des patients atteints de DS portent à croire que certaines régions cérébrales comprises ou les des dernières quelques années études en dans ce imagerie fonctionnelle réalisées à ce jour se sont non dans le réseau sémantique pourraient intéressées à la lecture. Bien que la lecture permettre implique dans une certaine mesure le traitement aux patients sémantique d’effectuer résiduel un des concepts. Bien que l’implication de certaines traitement sémantique, de nouvelles études portant plus spécifiquement sur le traitement Jessica Pineault et coll. 10 sémantique, par exemple en lien avec la sémantique. catégorisation sémantique des objets et des idéalement réalisées auprès d’un nombre visages célèbres, permettraient de mieux plus comprendre le fonctionnement résiduel du nécessaires afin de préciser l’organisation réseau sémantique dans la DS et, de fonctionnelle manière plus large, de mieux comprendre traitement sémantique résiduel chez les l’organisation patients atteints de DS. cérébrale de la mémoire De important de et nouvelles patients, études, sont neuroanatomique ainsi du Références 1. Tulving E. Episodic and semantic memory. In: E. Tulving & W. Donaldson (Eds.), Organization of memory. Oxford: Academic Press, 1972; 381-403. 2. Whitney C, Kirk M, O'Sullivan J, et al. 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