INTRODUCTION A LA NEUROPSYCHOLOGIE

Dr. Laurent Cleret, Iris Trinkler & Ruth de Diego Balaguer

Equipe Neuropsychologie InterventionelleINSERM U841 E1, Fac. de Médecine Paris XII et Département d'Etudes Cognitives, ENS

Aperçu de la journée

♦ Matinée:♦ Introduction générale (Ruth)♦ Modèles en neuropsychologie classique et démonstrations

(Laurent)♦ Lien avec modèles de langage (Ruth)♦ La neuropsychologie, postulats et méthodes (Iris)♦ Conclusions (Laurent, Iris, Ruth)

♦ Après-midi: Travaux pratiques♦ Présentation de cas♦ (Re-)Construction de notre modèle♦ Elaboration de tests pour soutenir notre modèle ♦ Présentation de cas supplémentaires♦ Test du modèle♦ Synthèse

Situation de la neuropsychologie par rapport aux sciences cognitives

PsychologiePhysiologie

Philosophie Neurologie

Linguistique

SCIENCESCOGNITIVES

La psychologie est la science qui :- étudie les comportements- différentes approches

Les psychologies

Représentations Représentationsprocessus

Etat 1Etat 2

La psychologie cognitive:- étudie le fonctionnement cognitif

Psychologie cogn. -connaissances sur comportement et la

cognition

La Neuropsychologie

La neuropsychologie:

Etudie le disfonctionnement cognitifsuite à des lesions cérébrales

Neurologie –connaissances sur le fonctionnement

cérébral

La Neuropsychologie

- Neuropsychologie classique lésionnelle

-Neuropsychologie cognitive fonctionnelle

pb de la lesionnelle localisationiste: réseaux, lésions

diffuses, multiplicité de lésions, lésions vasculaires,

diasquisis, lors d'absence de lésions au niveau de

l'imagerie

La neuropsychologie cognitive: Modification du comportement par

lésion cérébraleLocalisation du module lésé dans le

modèlePermet de vérifier le modèle ou de

le compléter

Représentations Représentationsprocessus

La neuropsychologie lesionelleclassique:

Modification du comportement par lésion cérébrale

Localisation des zones cérébralesessentielles pour une fonction

cognitive

Représentations Représentationsprocessus

Pluralité de techniques

Neuropsychologie

Neurophysiologie

Études de corpus

Psychophysique

Modélisation

Représentations Représentationsprocessus

Imagerie Cérébrale: Correlations anatomo-fonctionnelles des modèles

Décours temporel des étapes du traitement

Rehabilitation cognitive: Thérapies qui découlent des modèles

Rehabilitation comme instrument de vérification du modèle

Représentations Représentationsprocessus

Représentations

Rehabilitation cognitive: Thérapies qui découlent des modèles

Rehabilitation comme instrument de verification du modèle

Représentations

Représentations

processus ReprésentationsReprésentations

Représentations

Neuroscience cognitive: Relation entrel’architecture cognitive et l’architecture neurale

Les débuts de la Neuropsychologie …

Franz Joseph Gall (1758-1828) –La Phrenologie

Neuropsychologie lesionnelle. Le cas de Phineas Gage (1861)

Plannification, inhibition, raisonnement

John Hughlings Jackson (1835 - 1911) –Specialisation Hemisphere Droit Viso-spatial

Introduction d’expériences pour tester ses hypothèses

Organisation topographyquedu cerveau - épilepsie

Comprehension préservée mais troubles de production de la parole (i.e. TAN)

Contrôle du visage, bouche, langue préservé.

“Aire de Broca” : Gyrus inférieur frontal gauche (IFG)

Specialisation hemisphere gauche : aphasie avec hemiparesis droite

Paul Broca (1861)

Carl Wernicke described several cases of patients who lost the ability to comprehend speech, and to produce meaningful speech despite normal articulation, grammar and prosody. The disorder has come to be known as Wernicke’s aphasia.

“Wernicke’s area” is located in the left posterior superior temporal cortex.

Wernicke proposed a circuit for critical language functions, involving this brain area providing a perceptual role and Broca’s area providing a motor role.

Arcuate Fasciculus is the bundle of axons that connect Wernicke’s and Broca’s area, routing through the angular gyrus

Carl Wernicke (1876)

Neuropsychologie Lésionnelle

Études de casLaurent Cleret

L’anatomie globale du cerveauet ses fonctions

- Antérieur versus postérieur: fonctions exécutives vs fonctions instrumentales

- Gauche versus droite:verbal versus visuo-spatial

- Cortical versus sous-cortical:langage: lexique versus règlesmémoire: déclarative versus procédurale

G D

Des patients, des lésions…

Et des modèles théoriques pour mieux définir et comprendre les troubles

Modèle de Lichtheim (1885)

A

B

M

Perception auditiveProduction orale

A: centre des représentations auditives des mots

B: centre des représentations sémantiques

M: centre des représentations motrices des mots

Les différentes aphasies

A

B

M

Perception auditiveProduction orale

1

2

3

4

5

6

7

8

1: surdité verbale

2: aphasie de Wernicke

3: aphasie transcorticalesensorielle

4: aphasie asémantique

5: aphasie transcorticalemotrice

6: aphasie de conduction

7: aphasie de Broca

8: anarthrie

A

B

M

Perception auditive

Production orale

?

Le modèle de Lichtheim et l’anatomie

Analyse d’un trouble du langage• Débit = Fluence

• Mélodie = Prosodie• Articulation• Phrases• Informativité• Compréhension• Définition• Dénomination• Répétition• Conscience du trouble = Anosognosie• Lecture, écriture…

Patient 1:après intervention à cœur ouvert

Présentation

Présentation

• Informativité réduite• Trouble de l’articulation: désintégration phonétique

• Fluence diminuée• Conscience du trouble• Compréhension normale

Dénomination

Dénomination-répétition

• Articulation déficitaire• Répétition déficitaire• Désintégration phonétique• Simplification des consonnes• Persévération• Accès au lexique normal?

Mouvements bucco-faciaux

• Mouvements simples bucco-linguo-faciaux déficitaires

= apraxie bucco-linguo-faciale

Compréhension

Compréhension

• Comprend les ordres simples et séquences d’ordres simples

• Comprend les mots, les phrases• Ressources suffisantes en mémoire à court terme

Lecture

Lecture

• Compréhension parfaite de la lecture• Comprend les mots, les phrases• Ressources suffisantes en mémoire àcourt terme

Calcul

Calcul

• Comprend les mots, les phrases avec items verbaux concernant les nombres

• Concepts et opérations de calcul mental disponibles

• Mémoire de travail préservée• Écriture des chiffres arabes conservée

Écriture

Écriture

• Comprend les ordres• Transcodage visuo-graphémique normal

Au total

• Fluence basse• Conscience du trouble• Articulation très perturbée• Dénomination et répétition déficitaires• Compréhension normale• Apraxie bucco-linguo-faciale• Calcul normal• Lecture et écriture normales

Modèle de Lichtheim (1885)

A

B

M

Perception auditiveProduction orale

A: centre des représentation auditives des mots

B: centre des représentations sémantiques

M: centre des représentations motrices des mots

anarthrie

Anarthrie et lésion

Patient 2:tout d’un coup,

il raconte vraiment n’importe quoi…

Âge ?

Métier?

Dénomination 1

Dénomination 2

Définition

• Informativité réduite• Nouveaux mots = néologismes• Emploi d’un mot à la place d’un autre = paraphasies- phonémiques- verbales

• Construction des phrases OK• Fluence et articulation OK

Conscience du trouble

• Pas (peu) de conscience des troubles : anosognosie

Compréhension

• Trouble de compréhension majeur

Chant

• Mélodie conservée = prosodie normale• Paraphasies verbales et néologismes

Répétition

• Pas de trouble de répétition des mots et non-mots

Modèle de Lichtheim (1885)

A

B

M

Perception auditiveProduction orale

A: centre des représentation auditives des mots

B: centre des représentations sémantiques

M: centre des représentations motrices des mots

Aphasie transcorticalesensorielle

Aphasie transcorticale sensorielle

Finalement la neuropsychologie classique…

• … une taxonomie des déficits des patients• … correspondance très variable entre déficit observé et lésion

• … souvent multiples déficits et grande lésion

• … pouvoir explicatif limité des anciens modèles théoriques

Langage et cognition

• Le language est une des charactéristiquesprincipales qui distingue les humains des animaux

• C’est un système qui utilise des sons, des symboles et des gestes pour la communication

• Il y a plus de 10.000 langages et dialectes dans le monde cependant le même développementcharactérise tous les enfants.

• Malgré la variabilité dans certains aspects (ordresujet-verbe, syntaxe, etc.) tous les humainsutilisent le langage (langage des signes inclus)

• Ceci suggère que le cerveau humain a développédes systèmes de traitement spécifiques pour le langage qui sont là dés la naissance.

La structure du système linguistique• Les données de sujets sains et avec des lésions

spécifiques indiquent que ce système comprend des sous-composantes intégrées mais différenciées.

• Les modèles varient mais en général le cadre généralconsidère une différentiation entre perception et production (modules d’input et output), pour le matériel linguistique parlé et écrit

Les représentationsComprehension et production opèrent sur different types de representations stockées à différents niveaux et dans chaquemodalité:

orthographe: structure visuelle des motsphonologie: structure sonore des motssemantique: concepts / sens des motsgrammaire: règles (stockage + traitement)

Les différentesreprésentationset niveaux sontintiment reliés

Neuroscience cognitive: Relation entrel’architecture cognitive et l’architecture neurale

• Recherche a chaque niveau pour une spécification plus précise :

• Deux exemples:– Lexique– Sémantique

Comment est organisé notrelexique ?

Semantic features

Lexical nodes

Phonological segments

(Effet de fréquence)

Comment est organisé la sémantique ?

Semantic features

Lexical nodes

Phonological segments

Réseau Sémantique

Continuums : Continuums :

- Animé // Inanimé – Fonctionnel // Sensoriel- Imagibilité

Dissociations catégorie-

spécifiques:

-Hypothèse Fonctionelle

(Tyler and Moss;

Kosslyn)

- Hypothèse évolutioniste

(Caramazza)

Localisation des lesions dansles cas cliniques observés

Patient 1

Travaux pratiques

• Cas KSR (Rapp and Caramazza, 2002)

CAS KRS(Rapp and Caramazza, 2002)

43 ans

- Niveau éducatif universitaire

- Infarctus artère cérébrale moyenne

- Caudé gauche, Broca, Wernicke et gyrus supramarginal

Travaux pratiques

1. Présentation de la question2. Travail en groupe du cas pratique (Rapp and Caramazza,

2002):– Localisation du niveau du trouble dans le modèle - Présentation– Dissociations observées (Résultats) - Présentation

3. Comment modifier le modèle pour introduire les résultats ?

4. Pourrait-on localiser le trouble ailleurs?5. Groupement en fonction des préférences6. Possibles tests et profils de patients qui pourraient

aider à mieux localiser la différentiation7. Travail en groupe: résultats de deux études de cas

- Crepaldi et al. 2006- Bi et al. 2007

?

Travaux pratiques

1. Présentation de la question2. Travail en groupe du cas pratique (Rapp and Caramazza,

2002):– Localisation du niveau du trouble dans le modèle - Présentation– Dissociations observées (Résultats) - Présentation

3. Comment modifier le modèle pour introduire les résultats ?

4. Pourrait-on localiser le trouble ailleurs?5. Groupement en fonction des préférences6. Possibles tests et profils de patients qui pourraient

aider à mieux localiser la différentiation7. Travail en groupe: résultats de deux études de cas

- Crepaldi et al. 2006- Bi et al. 2007

N V N V

Travaux pratiques

1. Présentation de la question2. Travail en groupe du cas pratique (Rapp and Caramazza,

2002):– Localisation du niveau du trouble dans le modèle - Présentation– Dissociations observées (Résultats) - Présentation

3. Comment modifier le modèle pour introduire les résultats ?

4. Pourrait-on localiser le trouble ailleurs?5. Groupement en fonction des préférences6. Possibles tests et profils de patients qui pourraient

aider à mieux localiser la différentiation7. Travail en groupe: résultats de deux études de cas

- Crepaldi et al. 2006- Bi et al. 2007

Réseau Sémantique

Continuums (Continuums ( BirdBird et et alal . 2000): . 2000):

- Animé // Inanimé – Fonctionnel // Sensoriel- Imagibilité

?Obj Act

?Obj Act

Obj Act

Travaux pratiques

1. Présentation de la question2. Travail en groupe du cas pratique (Rapp and Caramazza,

2002):– Localisation du niveau du trouble dans le modèle - Présentation– Dissociations observées (Résultats) - Présentation

3. Comment modifier le modèle pour introduire les résultats ?

4. Pourrait-on localiser le trouble ailleurs?5. Groupement en fonction des préférences6. Possibles tests et profils de patients qui pourraient

aider à mieux localiser la différentiation7. Travail en groupe: résultats de deux études de cas

- Crepaldi et al. 2006- Bi et al. 2007

Travaux pratiques

1. Présentation de la question2. Travail en groupe du cas pratique (Rapp and Caramazza,

2002):– Localisation du niveau du trouble dans le modèle - Présentation– Dissociations observées (Résultats) - Présentation

3. Comment modifier le modèle pour introduire les résultats ?

4. Pourrait-on localiser le trouble ailleurs?5. Groupement en fonction des préférences6. Possibles tests et profils de patients qui pourraient

aider à mieux localiser la différentiation7. Travail en groupe: résultats de deux études de cas

- Crepaldi et al. 2006- Bi et al. 2007

Références

• Rapp and Caramazza (2002). Selective difficulties with spoken nounsand written verbs. Journal of Neurolinguistics, 15. 373-402.

• Bird et al. (2000). Why Is a Verb Like an Inanimate Object? Grammatical Category and Semantic Category Deficit. Brain andLanguage, 72. 246-309

• Crepaldi, Aggujaro et al. (2006). Noun–verb dissociation in aphasia: The role of imageability and functional locus of the lesion. Neuropsychologia, 44. 73-89

• Bi, Han et al. (2007). Nouns, verbs, objects, actions, and the animate/ inanimate effect. Cognitive Neuropsychology, 24 (5). 485-504

---

• Shapiro and Caramazza (2003). The representation of grammatical categories in the brain. Trends in Cognitive Sciences, 7 (5). 201-206

Postulats et Méthodes de la Neuropsychologie

• Postulats– Isomorphisme esprit - cerveau – Modularité– Restructuration des fonctions limitée

• Méthodes– Dissociation et double dissociation– Cas unique vs étude de group– Combinaison de méthodes

Les Postulats de la Neuropsychologie

INSERT

HERE

RUTH'S

MODEL

• Modularité:– Module: Centre fonctionnel isolable àl'intérieur d'une architecture

Modularité

• J. Fodor (1983): propriétés saillantes des modules1. spécialisation2. “cloisonnement” informationnel3. automaticité4. rapidité5. systématicité de leurs déficits6. (associations à des structures neuronales

spécifiques)

Modularité

Modularité

Les Postulats de la Neuropsychologie

INSERT HERE

RUTH'S MODEL

+ lésions

• Réstructuration des fonctions limitée:

Les Postulats de la Neuropsychologie

• Réstructuration des fonctions limitée ->– Thérapies découlent des modèles– Rehabilitation comme instrument de vérification du modèle

Exemple de restructuration de fonctions limitée

• Complémentarité• Compensation

Exemple de restructuration de fonctions limitée

• Complémentarité et compensation:

Input

Apprentissage

non-

déclarative/impli-

cite/ habitudes

Apprentissage

déclarative

Exemple de restructuration de fonctions limitée

• Complémentarité et compensation:

Input

striatumlobe médio-

temporal

Exemple de restructuration de fonctions limitée

• Complémentarité et compensation:

Input

Apprentissage

non-

déclarative/impli-

cite/ habitudes

Apprentissage

déclarative

«flexible»

"one shot" "par x répetitions"

Exemple de restructuration de fonctions limitée

• e.g. apprentissage: tâche de discrimination concurrente (de Yin & Knowlton 2006)

– présentation de paires d'objets– sujet doit choisir l'objet gagnant– sujets sains apprennent rapidement ces discrimination

Exemple de restructuration de fonctions limitée

• e.g. apprentissage: tâche de discrimination concurrente (de Yin & Knowlton 2006)

Input

striatumlobe médio-

temporal

Exemple de restructuration de fonctions limitée

• e.g. apprentissage: tâche de discrimination concurrente (de Yin & Knowlton 2006)

Input

Apprentissage

non-

déclarative/impli-

cite/ habitudes

Apprentissage

déclarative

«flexible»

"one shot" "par x répétitions"

Exemple de restructuration de fonctions limitée

• e.g. apprentissage: tâche de discrimination concurrente (de Yin & Knowlton 2006)

– patients avec sévère amnesie (suivant dommage au lobe médio-temporal) arrivent quand même àapprendre la tâche, mais• plus lentement• sans connaissance explicite des associations• incapable de choisir les items gagnant du tas entier• performance habituel, automatic• certains items “just seemed right”

Exemple de restructuration de fonctions limitée

• e.g. apprentissage: tâche de discrimination concurrente (de Yin & Knowlton 2006)

Input

Apprentissage

non-

déclarative/impli-

cite/ habitudes

Apprentissage

déclarative

«flexible»

"one shot" "par x répétitions"

0

20

40

60

80

100

% correct

Récence Familiarité

contrôles lésion temporale

Simple Dissociation Double Dissociation

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

% correct

Récence Familiarité

lésion temporale lésion frontale contrôles

Important: Effet de plafond / Effet de plancher

Méthodes: Dissociation et double dissociation

Méthodes: Cas unique vs étude de groupe

• Etude de cas unique– étudier »à fond« un patient (ou un petit nombre de patients)

– e.g. aphasics– dissociations dans le même patient

– critique: représenta-tivité/typicalité:

• Etude de groupe– étudier la moyenne de performance d'un groupe (distribution)

– e.g. patients de Huntington

– chevauchement de lésions

– limitation de magni-tude

Méthodes: Cas unique vs étude de groupe

patient X

patient Y

patient Z

Méthodes: Cas unique vs étude de groupe

Superposition de la lésion parieto-

occipitale commune aux trois patients

Ethique en neuropsychologie

• Balance entre intérêt scientifique et bénéfice pour le patient

• Populations à risque• Confidencialité• Debriefing écrit après l'expérience• Liberté de quitter l'étude• Distribution des sujets dans les groupes expérimentaux