Ch.19 Lateralization, Specialization Hemispheric PDF

Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Etes-vous cerveau gauche ou cerveau droit ? .... A la poubelle! DANA Brain Myths: seeking the right answers about Right brain – Left brain Cerveau gauche Logique et analyse Cerveau droit Créativit...

Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Etes-vous cerveau gauche ou cerveau droit ? .... A la poubelle! DANA Brain Myths: seeking the right answers about Right brain – Left brain Cerveau gauche Logique et analyse Cerveau droit Créativité et intuition 1 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Une vision caricaturale de la latéralisation hémisphérique Effets d’une lésion de l’hémisphère droit Effets d’une lésion de l’hémisphère gauche Hémisphère gauche spécialisé dans l’analyse des détails Hémisphère droit spécialisé dans l’analyse globale Toutefois, les deux hémisphères sont souvent engagés dans le traitement global et local de l'information, mais à des degrés divers en fonction des conditions expérimentales. 2 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Latéralisation hémisphérique: définition Habib, 2009 - Lorsqu’on se réfère à l’asymétrie fonctionnelle du cerveau, on utilise très souvent de façon à peu près indifférente les termes de spécialisation, dominance ou latéralisation. - Le terme spécialisation devrait être évité, car un hémisphère n’est jamais le seul impliqué dans une fonction et une fonction n’est jamais strictement localisée à un hémisphère. - Le terme de dominance cérébrale devrait être évité, car il sous-entend qu’un hémisphère joue un rôle fonctionnel plus fondamental, alors que le rôle fonctionnel de l’autre hémisphère est souvent complémentaire. - La notion de latéralisation considère une fonction comme organisée de manière asymétrique entre les hémisphères. Cette notion est donc celle qui reflète le mieux l'organisation fonctionnelle du cerveau. - Une certaine latéralisation hémisphérique est présente à la naissance et se retrouve chez d'autres espèces. Cela suggère que des facteurs génétiques sont à l'origine de cette latéralisation, même si elle continue à s'établir progressivement et peut être modifiée au cours du développement en lien avec l'expérience. 3 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Connectivité inter-hemisphérique Corps calleux (principale voie de communication entre les 2 hémisphères) Commissures (<5%) 4 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Interactions entre les deux côtés du système nerveux central Les interactions entre les 2 côtés sur SNC sont fondamentales pour le fonctionnement normal du cerveau. Interaction bi-manuelle Coordination Patient Split-Brain CH Les phénomènes d’interférence rendent difficile de réaliser une action avec les 2 mains en même temps. Au niveau neuroanatomique, il y a une variation du degré de communication entre différentes aires cérébrales. Absence de fibres commissurales de l’aire visuelle striée (V1) et de la région de la main du cortex somatosensoriel primaire (S1). Les gestes symétriques sont plus faciles à réaliser. 5 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Origine de la latéralisation hémisphérique: deux théories non-exclusives Spécialisation du traitement de l’information propre à chaque hémisphère a une valeur adaptative: elle permet de réaliser deux tâches en parallèle. Capture d'une proie L’augmentation de la taille du cerveau a favorisé la latéralisation afin de diminuer l'impact d'un délai inter-hémisphérique de transfert de l’information. Evitement d'un prédateur Güntürkün, Ontogenesis of Lateralization, Neuron. 2017 Karolis et al., The architecture of functional lateralisation and its relationship to callosal connectivity in the human brain, Nature Comm. 2019 6 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Avantage fonctionnel de la latéralisation hémisphérique La latéralisation hémisphérique n’est pas propre à l’homme, mais se retrouve dans d’autres espèces animales. La vision binoculaire est limitée pour beaucoup d'oiseaux. Exception pour les animaux prédateurs, qui ont besoin d’une vision binoculaire afin d’obtenir une meilleure estimation de la distance pour déterminer où se trouvent leur proie, en particulier en mouvement. Aigle Chouette Moineau Hirondelle Poule Canard Une poule qui picore, l’œil droit en direction du sol. L’œil utilisé a un impact sur l’information utilisée pour retrouver une source de nourriture. ⇒ Spécialisation fonctionnelle pour des tâches distinctes. 7 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Traitement préférentiel de l'information dans chaque hémisphère Entraînement d’un poussin à rechercher de la nourriture dans un environnement ouvert. Phase d’entraînement: La nourriture est placée à l’emplacement marqué d’une croix verte, à côté d’un objet cylindrique, au centre du dispositif. Le poussin trouve la nourriture et passe la plupart de son temps à proximité du lieu où se trouvait la nourriture (carrés foncés). 1 Entraînement: vision binoculaire Déplacement du cylindre rouge. En vision binoculaire, le poussin recherche la nourriture où elle se trouvait initialement, en lien avec l’environnement lui-même. Il ne se soucie pas du déplacement du cylindre rouge. 2 Test: vision binoculaire => Alors que l’entraînement s’est fait en vision binoculaire, un test en vision monoculaire permet de révéler un traitement préférentiel de différents types d’informations: 3 Test: vision oeil gauche Déplacement du cylindre rouge. En vision de l’œil gauche (œil droit caché), le poussin recherche la nourriture où elle se trouvait initialement, en lien avec l’environnement lui-même. Il ne se soucie pas du déplacement du cylindre rouge. 4 Test: vision oeil droit ⇒ L’hémisphère droit traite préférentiellement les informations spatiales relationnelles dans l’environnement. ⇒ L’hémisphère gauche traite préférentiellement les informations liées aux objets, et non pas à l’emplacement spatial. Déplacement du cylindre rouge. En vision de l’œil droit (œil gauche caché), le poussin recherche la nourriture à proximité du cylindre qui a été déplacé, et non à l’endroit où se trouvait la nourriture dans l’environnement. Il est donc plus sensible à l’information concernant les objets. 8 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Substrat anatomique de la latéralisation visuelle chez la poule L’asymétrie fonctionnelle entre hémisphère droit et hémisphère gauche peut être reliée à un substrat anatomique bien défini: les projections croisées du thalamus vers l’hémisphère opposé. ⇒ Les projections croisées du thalamus (GLd) gauche vers l'hémisphère droit sont plus nombreuses que les projections du thalamus droit vers l'hémisphère gauche. L’hémisphère droit reçoit donc plus d’informations du thalamus gauche. Cette organisation des projections neuroanatomiques est particulièrement importante pour le traitement de l’information spatiale. 9 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Développement de la latéralisation visuelle aviaire Certaines asymétries neuroanatomiques et fonctionnelles apparaissent pendant le développement, suite à une stimulation visuelle asymétrique des deux yeux (l’œil droit plus stimulé que l’œil gauche). Oeil droit L’œil droit est exposé, tandis que l’œil gauche est caché entre la tête et le corps du poussin. => L’œil droit est plus stimulé que l’œil gauche durant une période critique du développement qui va engendrer ces asymétries neuroanatomiques et fonctionnelles. 10 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Modification de la latéralisation pendant le développement L’asymétrie peut être modulée après l’éclosion du poussin, en modulant la stimulation de l’œil gauche et l’œil droit. Des poussins ont été élevés pendant 10 jours après éclosion, avec l’œil droit ou gauche caché. Le reste de leur développement s'est déroulé normalement, avec les deux yeux ouverts. Test de recherche de nourriture: vision oeil gauche ou oeil droit Chez les sujets contrôles, avantage pour l’œil droit dans la recherche de nourriture. 3 La déprivation de l’œil droit inverse la latéralisation. Développement normal, sans déprivation oculaire % de picorement menant à une consommation 1 2 Oeil gauche caché pendant le développement La déprivation de l’oeil gauche augmente la latéralisation fonctionnelle. Oeil droit caché pendant le développement 4 Asymétrie de la précision de discrimination Déprivation oeil droit Déprivation oeil gauche Sujets contrôles Avantage gauche Avantage droit => L’asymétrie fonctionnelle n’est pas absolue : ce n’est pas du tout ou rien, mais une efficacité plus ou moins grande. => La latéralisation est modifiable par l’expérience. Certains facteurs peuvent donc changer cette latéralisation pendant des périodes critiques de développement. 11 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Latéralisation des processus de catégorisation chez le pigeon Des pigeons ont été entraînés à discriminer les images avec ou sans êtres humains. Ils sont ensuite testés dans différentes conditions, avec des images modifiées de manière à déterminer le type d’information sur lequel les pigeons se basent pour prendre ces décisions. Les pigeons sont testés soit avec l’œil droit caché, soit avec l’œil gauche caché. hémisphère gauche / oeil droit hémisphère droit / oeil gauche Le brouillage (scramble) a moins d'effet dans la condition LH/RE (vision œil droit), indiquant qu'il est probable que les caractéristiques de détails de l'image sont traités préférentiellement dans l'hémisphère gauche pour résoudre la tâche. hémisphère gauche / oeil droit hémisphère droit / oeil gauche Toute distorsion a un impact plus important sur la capacité de discriminer un humain dans la condition RH/LE (œil gauche), La configuration des éléments formant un humain sont traités préférentiellement dans l'hémisphère droit pour résoudre la tâche. 12 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Décifit de mémoire spatiale chez les patients avec une lésion unilatérale droite du lobe temporal (hippocampe) Chez l’homme, il existe aussi un traitement préférentiel de l’information spatiale dans l’hémisphère droit. 2. Délai. Le sujet change de position autour de la table entre la phase d'apprentissage et la phase de test. Ceci permet ensuite de tester la mémoire allocentrique. 3. Test de mémoire des objets. Quels objets ont été cachés sous les gobelets? - Sans préciser l'emplacement des objets. 3. Test de mémoire spatiale. Sous quels gobelets se trouvent les objets? - Sans préciser l'identité des objets. Une lésion unilatérale droite du lobe temporal médian entraîne un déficit de mémoire spatiale. Une lésion unilatérale gauche n’a que peu d’impact sur les performances de mémoire spatiale. Mémoire des objets Nombre d'erreurs 1. Apprentissage. Quatre objets différents sont cachés sous 4 gobelets différents sur 9 possibles. Nombre d'erreurs Mémoire spatiale La performance de patients avec une lésion unilatérale droite ou gauche du lobe temporal médian ne se distingue pas de la performance des contrôles pour la mémoire des objets. ⇒ Asymétrie fonctionnelle pour le traitement de l'information spatiale chez l'homme et les oiseaux. Abrahams et al., Neuropsychologia, 35(1):11-24, 1997 13 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Modulation attentionelle et interaction inter-hémisphérique Ecoute dichotique: 2 sons sont présentés simultanément, l’un dans l’oreille droite, l’autre dans l’oreille gauche. Le sujet doit déterminer quel est le son perçu. Lorsque deux syllabes différentes “ba” et “pa” sont présentées simultanément, chacune dans une oreille différente, la syllabe présentée dans l’oreille droite traitée par l’hémisphère gauche est perçue de manière préférentielle. Pourcentage de réponse (Loberg et al., Biological Psychiatry, 1999) Préférence droite augmentée Préférence gauche Préférence droite Attention libre Attention droite Attention gauche - Attention libre: Traitement préférentiel de la syllabe présentée dans l'oreille droite. - Attention forcée droite: Le traitement préférentiel est augmenté. - Attention forcée gauche: Le traitement préférentiel est inversé. Même si les signaux auditifs atteignent le cortex auditif de manière bilatérale, la projection contralatérale est plus forte et prépondérante. - Patients schizophrènes: Le traitement préférentiel est absent. La modulation attentionnelle est absente. Les asymétries fonctionnelles sont relatives, et peuvent être modulées par l’attention. 14 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Modulation attentionnelle et interaction inter-hémisphérique Ecoute dichotique. Comparaison de l’activité cérébrale suite à la présentation de syllabes ou de notes de musique. Syllabes – Attention libre Activation bilatérale dans l’aire du planum temporale du gyrus temporal supérieur, avec: - Asymétrie gauche pour les syllabes. PA Notes de musique – Attention libre - Asymétrie droite pour la musique ⇒ Même s’il y a un traitement préférentiel de l’information dans un hémisphère ou un autre, ces différences sont relatives, et non pas absolues. 15 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Latéralisation hémisphérique pour la production du langage Préférence manuelle Procédure de Wada Gauchers Droitiers Gauche 70 % 96 % Bilatéral 15 % 0% Droit 15 % 4% Hemisphère dominant (10-15%) (85-90%) Latéralisation de l'hémisphère gauche pour le contrôle de la production du langage: - chez 96% des droitiers - chez 70% des gauchers PAS de lien simple entre latéralité manuelle et latéralisation hémisphérique du langage. 16 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Latéralisation hémisphérique et préférence manuelle - De nombreuses personnes préfèrent des mains différentes pour différentes tâches. - La préférence manuelle varie de manière continue entre "très gaucher" et "très droitier". - Une simple dichotomie gaucher-droitier est tout simplement arbitraire. - Une préférence naturelle peut être influencée par des facteurs culturels ou environnementaux. - La pratique et l'utilisation d'un main préférée peut aussi augmenter la différence initiale. Ecrire avec un crayon Tailler un crayon Effacer avec une gomme Brasser une sauce Ouvrir une bouteille Utiliser un marteau Utiliser des ciseaux Lancer une balle Brosser les dents Jouer avec une raquette ⇒ La plupart des études se sont limitées à déterminer le fait d’être gaucher et droitier sur la base de l’écriture, ce qui est insuffisant. À l’heure actuelle, nous n’avons pas d’explication claire concernant les bases neurobiologiques de la préférence manuelle associée à différents gestes réalisés. De même, l’étude des bases génétiques du développement de la latéralisation hémisphérique en lien avec la préférence manuelle n’a pas apporté de réponse concrète. 17 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Latéralisation du langage dans l’hémisphère gauche: PAS SI VITE! ⇒ Certaines fonctions langagières se trouvent dans l’hémisphère droit. 18 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Latéralisation du langage dans l’hémisphère gauche: PAS SI VITE! Hémisphère gauche Hémisphère droit ⇒ Certaines fonctions du langage sont reflétées par une activation dans l’hémisphère droit. ⇒ Fonctions complémentaires des deux hémisphères pour la compréhension du langage. 19 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Latéralisation hémisphérique du langage chez les patients “split-brain” Mot présenté dans l’hémichamp visuel gauche - Différents mots présentés à gauche et à droite Le sujet ne peut pas verbaliser l’objet présenté dans l’hémichamp gauche. Le sujet verbalise l’objet présenté dans l’hémichamp droit. Le sujet saisit l’objet correspondant avec la main gauche uniquement. Le sujet saisit l’objet présenté dans l’hémichamp gauche. => Les patients split-brain (section du corps calleux) illustrent que : - l’hémisphère gauche est responsable de la production du langage. il y a une représentation sémantique des mots dans l’hémisphère gauche et dans l’hémisphère droit. 20 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Différences de traitement d'informations sémantiques: “split-brain” On présente des mots ou des visages dans l’hémichamp visuel gauche ou l’hémichamp visuel droit de patients split-brain. Présentation de mots Harbor *Shallow ou Deep: Traitement superficiel ou en profondeur de l’information sémantique. Présentation de visages Harbor Shallow: Est-ce que le mot contient la lettre “a”? Deep: Est-ce que le mot représente un objet vivant? Shallow: Est-ce que le visage est celui d’une femme? Deep: Est-ce le visage d’une personne en bonne santé? 21 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Différences de traitement d'informations sémantiques: “split-brain” *Shallow ou Deep: Traitement superficiel ou en profondeur de l’information sémantique. Hémisphère Hémisphère gauche droit Shallow: Est-ce que le mot contient la lettre “a”? Deep: Est-ce que le mot représente un objet vivant? % de réponses correctes % de réponses correctes Harbor Hémisphère Hémisphère gauche droit Shallow: Est-ce que le visage est celui d’une femme? Deep: Est-ce le visage d’une personne en bonne santé? Meilleure performance de reconnaissance des mots présentés dans l'hémichamp visuel droit, traités dans l’hémisphère gauche, davantage marquée lorsqu’on a demandé un traitement important de l’information sémantique. Meilleure performance de reconnaissance des visages présentés dans l'hémichamp visuel gauche, traités dans l’hémisphère droit, uniquement lorsqu’on a demandé un traitement important de l’information sémantique. Traitement de mots présentés dans l’hémichamp visuel gauche, traités par l’hémisphère droit: pas de différence dans les performances de reconnaissance en fonction du traitement sémantique de l’information. Traitement de mots présentés dans l’hémichamp visuel droit, traités par l’hémisphère gauche: pas de différence dans les performances de reconnaissance en fonction du traitement sémantique de l’information. ⇒ Différence relative dans l’efficacité de traitement de l’information dans l’hémisphère gauche et dans l’hémisphère droit. 22 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Développement de la latéralisation avant la naissance La latéralisation du cerveau est soutenue par des asymétries anatomiques au niveau de la matière grise et de la matière blanche, dont certaines sont déjà en place à la naissance. Carte de l'hémisphère droit représentant les régions cérébrales montrant des asymétries entre les deux hémisphères à différents âges avant la naissance Asymétries hémisphériques de la profondeur des sulci chez les nouveaux-nés et les adultes - Les couleurs chaudes (rouge-jaune) représentent les régions plus convexes dans l'hémisphère droit. - Les couleurs froides (bleu-vert) représentent les régions plus concaves dans l'hémisphère droit. - Les régions rouges et jaunes sont plus profondes dans l'hémisphère droit. - Les régions bleues et vertes sont plus profondes dans l'hémisphère gauche. Contrairement à l’exemple précédent chez le poussin, il n’y a à l’heure actuelle pas d’indication mécaniste qui permette d’expliquer le développement de ces asymétries structurales. Hervé et al. Trends in Cognitive Sciences. 2013 23 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Développement de la latéralisation après la naissance Des asymétries fonctionnelles apparaissent pendant le développement et sont généralement associées à une diminution de la connectivité fonctionnelle inter-hémisphérique et une augmentation de la connectivité fonctionnelle intra-hémisphérique. N.B.: Asymétries fonctionnelles ≠ modifications structurales. Co-activation principalement inter-hémisphérique chez les 5-7 ans Co-activation principalement intra-hémisphérique chez les 22-30 ans Friederici et al. 2011 Mesure de la co-activation de différentes régions du cerveau et de la région du sulcus temporal supérieur pendant que les sujets doivent discriminer entre des phrases correctes et incorrectes (syntaxe ou sémantique). Ces asymétries fonctionnelles sont certainement sensibles à l’expérience (comme chez le poulet). 24 Neurosciences comportementales Ch.19 Latéralisation, spécialisation hémisphérique Dr. Mélanie Kaeser Perturbation de la latéralisation et troubles mentaux Un développement anormal de ces processus de latéralisation pourrait être associé à certains troubles neurodéveloppementaux. Il pourrait provenir de prédispositions génétiques, et apparaître déjà avant la naissance, ainsi qu’être sensible aux facteurs environnementaux qui peuvent impacter le développement post-natal. Affaire à suivre.... A B C Distinction hypothétique entre différents types de latéralisation du langage. Les régions rouge et violette correspondent à différentes fonctions (e.g., nommer et répéter des séries de mots). A. Le développement typique passe d'activations diffuses à des activations plus focalisées, en parallèle avec le développement des compétences. Généralement, ces deux fonctions sont focalisées dans l’hémisphère gauche. B. Un fonctionnement normal est aussi compatible avec une séparation des fonctions dans les deux hémisphères. C. Pour les enfants avec un déficit spécifique du langage, le développement de cette focalisation pourrait être plus lent et nettement moins marqué s'il se produit. Bishop. Science. 2013 25