Le cortex associatif
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Le cortex associatif
Le cortex associatif et intégration cérébrale Gina Devau [email protected] U710 Mécanismes moléculaires dans les démences neurodégénératives www.mmdn.univ-montp2.fr Sommaire I. Cortex Associatif 1. Localisation anatomique des aires corticales 2. Développement évolutif 3. Structure et organisation du cortex associatif 4. Les outils d’investigation II. Les informations visuelles et intégration de l’espace 1. Les aires corticales visuelles 2. Intégration visuelle primaire 3. Intégration visuelle IIaire 4. Intégration associative visuelle III. Les informations auditives et langage 1. Le cortex auditif 2. Le cortex auditif IIaire 3. L’aire de Wernicke 4. Les aphasies de compréhension IV. Cortex frontal et comportement 1. Mémoire de travail et apprentissage 2. Le comportement moteur 3. L’aire de Broca 4. Le comportement social Sommaire I. Cortex Associatif 1. Localisation anatomique des aires corticales 2. Développement évolutif 3. Structure et organisation du cortex associatif 4. Les outils d’investigation II. Les informations visuelles et intégration de l’espace 1. Les aires corticales visuelles 2. Intégration visuelle primaire 3. Intégration visuelle IIaire 4. Intégration associative visuelle III. Les informations auditives et langage 1. Le cortex auditif 2. Le cortex auditif IIaire 3. L’aire de Wernicke 4. Les aphasies de compréhension IV. Cortex frontal et comportement 1. Mémoire de travail et apprentissage 2. Le comportement moteur 3. L’aire de Broca 4. Le comportement social I-1. Le cortex cérébral Les hémisphères cérébraux Droit et gauche Symétrie structurale Asymétrie fonctionnelle Le corps calleux Communication entre les 2 hémisphères I.1. Localisation anatomique: aires de Brodman Les aires Iaires : Réception et intégration d’informations Aires Iaires sensorielles: Vision - cortex occipital Audition - cortex temporal Aires Iaires Somesthésiques: Cortex pariétal Aires Iaires motrices: Cortex frontal Les aires primaires unimodales Les aires IIaires Aires IIaires sensorielles: Vision - cortex occipital, pariétal et temporal Audition - cortex temporal Aires IIaires Somesthésiques: Cortex pariétal Aires IIaires motrices: Cortex frontal Aires associatives ? Essentielles pour les fonctions cognitives. Les aires corticales intégratives “cognitives" Cartographie de Broca Aires spécialisées dans certaines fonctions. Aires de Broca: les aires du langage. I.2. Développement évolutif Évolution du cerveau chez les mammifères: Augmentation du volume Augmentation des aires associatives Évolution du cortex associatif Plissement du cortex, gyrencéphale Comparaison des aires de Broca : Humain – Macaque rhésus Petrides & Pandya, PLoS Biology, 2009 Évolution du paléocotex Cortex piriforme, rhino-temporal, système limbique Hippocampe Développement du néocortex chimpanzé Homme Néocortex: développement de 6 couches Augmentation du nombre de connexions. I.3. Structure et organisation du cortex Nombreuses connections Programmation génétique Plasticité synaptique Développement des aires associatives Les neurones pyramidaux Plus de mille de contacts synaptiques/neurone : 1014synapses Connexions du cortex avec les noyaux sous-corticaux Boucles thalamo-corticales Connexions entre cortex et structures sous-corticales 9 Connections entre cortex et hippocampe: dans les processus de mémoire spatiale 9Connections avec le striatum et la thalamus dans la mémoire implicite ou motrice 9 Connections entre cortex et amygdale: dans le contrôle des émotions comme la peur Les aires associatives - Contacts avec les aires Iaires et avec d’autres structures - Possibilité de nombreuses associations - Diversité des associations - Multiplicité des associations - Intervalle de temps, facteur de coïncidence - Modularité et complémentarité Exemple de fonction associative: le conditionnement Les expériences de Pavlov Si destruction du cortex associatif: pas de conditionnement Association de stimuli physiologiques corrects: l’association de salade et de lumière ne fait pas saliver le chien. I.4. Les outils d’investigations • Anatomie : lésions cérébrales, coloration, immunocytochimie, marqueurs spécifiques…. • Imagerie cérébrale • EEG, électrophysiologie • Biologie moléculaire • Études génétiques, génomiques • Études comportementales • Analyses informatiques L’imagerie cérébrale fonctionnelle Relation entre des localisations anatomiques et l’activité cérébrale. Mesure indirecte de l’activité cérébrale en relation avec le débit sanguin ou la consommation d’oxygène par des traceurs. Tomographie à émission de positrons. PET-scan Modifications du débit sanguin avec un traceur radioactif. Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle fRMI Lobe pariétal Hémisphère gauche actif durant des tâches de reconnaissance Modifications de l’oxygénation (afflux de sang oxygéné). Résolution temps (s)/lieu (mm) Sommaire I. Cortex Associatif 1. Localisation anatomique des aires corticales 2. Développement évolutif 3. Structure et organisation du cortex associatif 4. Les outils d’investigation II. Les informations visuelles et intégration de l’espace 1. Les aires corticales visuelles 2. Intégration visuelle primaire 3. Intégration visuelle IIaire 4. Intégration associative visuelle III. Les informations auditives et langage 1. Le cortex auditif 2. Le cortex auditif IIaire 3. L’aire de Wernicke 4. Les aphasies de compréhension IV. Cortex frontal et comportement 1. Mémoire de travail et apprentissage 2. Le comportement moteur 3. L’aire de Broca 4. Le comportement social Activité visuelle en PET II. Les aires associatives visuelles Transmission et intégration des infos visuelles II.2. Intégration visuelle primaire Cortex strié Aire Iaire V1 : Colonnes d’orientation et de dominance oculaire de Hubel et Wiesel Discrimination des bords de contraste orientés Acuité visuelle, discrimination spatiale Orientation du stimulus Vision des formes Cortex visuel extra-strié Cortex extra-strié occipital Aires IIaire : aire V2, vision des couleurs aire V3, vision du mouvement Cortex temporal et pariétal V4 (couleur), MT & V5 (sens du déplacement) Perception spatiale et globale d’un ensemble d’éléments Unification des informations II.4. Intégration associative visuelle Différents niveaux d’intégration -1- perception neuro-sensorielle Reconstruction des images Stimulation sensorielle -2- perception des formes en 2D Relief -3- construction abstraite en 3D Perspective -4- perception cognitive Reconnaissance d’un objet Analyse d’un visage Modification des réseaux de neurone Réorganisation des informations, implication mnésique Intégration cognitive Cognition Donner du sens à ce qui est vu Utiliser la mémoire, et mémoriser Programmer une action Apprentissage de la lecture Association de lettres alphabétiques avec la vision Mais aussi avec des sons, De plus le sens tactile facilite l’apprentissage de la lecture. Sommaire I. Cortex Associatif 1. Localisation anatomique des aires corticales 2. Développement évolutif 3. Structure et organisation du cortex associatif 4. Les outils d’investigation II. Les informations visuelles et intégration de l’espace 1. Les aires corticales visuelles 2. Intégration visuelle primaire 3. Intégration visuelle IIaire 4. Intégration associative visuelle III. Les informations auditives et langage 1. Le cortex auditif 2. Le cortex auditif IIaire 3. L’aire de Wernicke 4. Les aphasies de compréhension IV. Cortex frontal et comportement 1. Mémoire de travail et apprentissage 2. Le comportement moteur 3. L’aire de Broca 4. Le comportement social Activation fonctionnelle sélective Différence d’activité cérébrale entre mots vus et entendus Rappel : Les ondes sonores Le son résulte d’une vibration de particules sous l’effet d’un mouvement provenant d’une source. Un son est une onde de pression qui n’est supporté que par un milieu matériel. Dans le vide, l’onde ne peut se propager, il n’y a pas de son. La vitesse du son: dans l’air 340 m/s soit environ 1224 km/h dans l’eau 1500 m/s dans les solides cuivre, fer, aluminium 5000 à 6000 m/s Les fréquences sonores L’onde sonore se caractérise par sa fréquence, soit le nombre de vibrations par seconde L’oreille humaine perçoit des fréquences de 20 à 20 000 Hz. Les dauphins, les chauve-souris perçoivent les ultra-sons (>20 000 Hz). Les éléphants entendent des infra-sons (< 20 Hz). Un audiogramme : mesure de l’acuité auditive, indiquant la fréquence perçue en fonction de l’intensité. Son aigu/son grave son aigu son grave sons fort L’intensité du son Décibel : 1/10du bel échelle d’intensité sonore Pièce calme : 20 dB Conversation à voix basse : 3. dB Sonnerie de téléphone : 70 dB Camion : 90 dB Marteau piqueur : 110 dB Concert Rock : 120 dB Avion à réaction : 130 dB Perception agréable Perception douloureuse Perte de l’audition Un son pur Un son pur est caractérisé par une fréquence unique et une amplitude. Dans la nature, il y a rarement un son pur, mais plus souvent un mélange de fréquences. Un son est la résultante de sons simples qui le composent. La musique La musique formée de milliers de notes est définie par les paramètres de fréquences et d’intensité mais aussi par son rythme, sa mélodie, la tonalité, le timbre et la structure des instruments de musique. Le bruit Ensemble de sons perçu négativement. Il constitue des nuisances ou pollution sonore. Lutte anti-bruit : interférences destructives, absorption acoustique active, car 2 sons d’une même fréquence s’annulent lorsqu’ils sont en opposition de phase. Sons purs, musicaux et bruits Son pur : la vibration est caractérisée par une seule fréquence. (p=période, t=temps, i=intensité) Son musical : à la même fréquence fondamentale que le son pur ci-dessus s'ajoutent des harmoniques (fréquences plus aiguës, multiples entiers de la fréquence fondamentale) qui caractérisent le timbre de . l'instrument ou de la voix (p=période, t=temps, i=intensité) Bruit : pas de fréquence caractéristique . ( t=temps, i=intensité) Site web: www.iurc.montp.inserm.fr/cric/audition L’oreille humaine L'oreille externe (E), moyenne (M) et interne (I) chez l'homme Site web: www.iurc.montp.inserm.fr/cric/audition Transmission des messages sensoriels VIII Oreille interne Cellules sensorielles ciliées Synapse glu Noyaux, centre intégrateur Neurones secondaires afférents Neurones primaires afférents Synapse glu Les voies des messages auditifs Noyaux cochléaires (Pont) Colliculus inf (Mésencéphale) Thalamus (Diencéphale) Cortex auditif (Lobe temporal) III.1. Le cortex auditif Iaire Le cortex auditif Iaire Discrimination des sons Intégration des stimuli dans le cortex auditif Iaire A1 : Sélectivité pour une combinaison de fréquences pour des intervalles de temps spécifiques entre 2 fréquences. Plasticité corticale Déficit visuel : augmentation de la discrimination auditive et de la discrimination tactile III.2. Cortex auditif associatif Cortex auditif IIaire autour de l’aire Iaire Cortex auditif associatif, Aire temporale de Wernicke: Séparation des phonèmes, donner du sens aux sons Compréhension de mots, de la syntaxe, de la sémantique. Compréhension de la langue. Propriétés temporelles complexes : la musique Associer les intonations du langage oral avec les émotions. III.3. L’aire de Wernicke Compréhension du langage Compréhension des mots Identification Signification, Mémorisation Sémantique Syntaxe, phrase Hémisphère gauche (95%) Fonctionnement modulaires L’aire de Wernicke assure le décodage des mots entendus. Dans le lobe temporal peut être subdivisé en différents parties qui sont impliquées dans des registres spécifiques: le lobe antérieur mémorise et restitue le nom des personnes, Le lobe médian mémorise et restitue le noms d’êtres vivants (animaux, plantes…), Le lobe postérieur est impliqué dans la reconnaissance des objets (instruments de musique, outils…) La partie antérieure interne est impliquées dans la reconnaissance visuelle des visages. Musique et émotions Latéralité fonctionnelle Perception musicale mélodie rythme intensité Émotions Intentionnalité rythme intensité Sommaire I. Cortex Associatif 1. Localisation anatomique des aires corticales 2. Développement évolutif 3. Structure et organisation du cortex associatif 4. Les outils d’investigation II. Les informations visuelles et intégration de l’espace 1. Les aires corticales visuelles 2. Intégration visuelle primaire 3. Intégration visuelle IIaire 4. Intégration associative visuelle III. Les informations auditives et langage 1. Le cortex auditif 2. Le cortex auditif IIaire 3. L’aire de Wernicke 4. Les aphasies de compréhension IV. Cortex frontal et comportement 1. Mémoire de travail et apprentissage 2. Le comportement moteur 3. L’aire de Broca 4. Le comportement social IV- Le cortex frontal et comportement Fonctions du cortex frontal La programmation de séquences motrices Interaction vision - motricité: Joueur de tennis Jongleur Programmation d’une séquence de mouvements La motricité fine: 9 La main 9 La parole IV.1. Mémoire de travail et apprentissage Le cortex frontal associe des informations perceptives complexes issues des cortex sensoriels et moteurs, ainsi que des cortex associatifs pariétaux et temporaux. Son activité d’évaluation des relations de l’individu avec son environnement, lui permet de planifier un comportement complexe et adapté à une situation. Utilisation des informations antérieures pour guider son comportement. Ceci dans un cadre temporel, spatial et social. IV.2. le comportement moteur IV.2. le comportement moteur Intégration polymodale des informations sensorielles Fuster 2001 Planification des séquences motrices Fuster 2001 Fonction du cortex frontal, suite Les fonctions cognitives • La mémoire de travail • La concentration, l’attention • Le raisonnement • L’abstraction • La programmation • Le comportement intentionnel • La prise de décision • Le langage, communication et pensée • Anticipation comportementale et événementielle • Le comportement social Mimétisme, mode d’apprentissage Les neurones miroirs et apprentissage Giacomo RIZZOLATTI, université de Parme Dans le cortex pré-moteur ventral chez le macaque : Neurones actifs quand l’animal agit ou quand il voit l’action. Enregistrements électrophysiologiques Activité homologue chez l’homme IRMf Neurones impliqués dans la compréhension de l’action; Dans l’apprentissage; Dans les gestes qui accompagnent la parole; Peut-être dans l’autisme. Latéralisation cérébrale Hémisphère Gauche: Compréhension du langage parlé Raisonnement logique Motricité de la partie droite du corps Hémisphère Droit: Perception de la musique perception émotionnelle Contrôle visuo-spatial Motricité de la partie gauche du corps Conclusion Créations de nouvelles associations uniques pour un individu. Processus de base de la vie mentale: penser, lire, parler, reconnaître, se souvenir…. Développement des capacités d’apprentissage. Processus de créativité, degrés de liberté….