3. Organisation anatomique du cortex cérébral du primate

a. Les voies visuelles dorsale et ventraleb. Subdivisionsc. Les connexions pariéto-frontalesd. Les boucles cortico-sous corticales

– Ganglions de la base– Cervelet

Les voies visuelles

Lobe pariétalLobe frontal

DLPf

PMd

PMv

M1 SPL

IPL

V1 Lobeoccipital

Lobe temporal

VLPf

Voie dorsale : vision pour l’action

Voie ventrale : vision pour la perception

Le cortex pariétal et le cortex frontal

Des régions anatomiquement et fonctionnellement hétérogènes. La caractérisation des aires repose essentiellement sur les propriétés des réponses neuronales.

M1 (F1)SMA (F3)

Pf

PMdF2

PMv(

F4/F

5)

Spécificité des connexions pariéto-frontales

Les connexions pariéto-frontales

• Neuroanatomie

PMdr PMdc

PMvr

MIP

LIP

7a7b

VIP

AIP

M1

PMvc

transport

saisie

Le système fronto-striatal

GPeGPi

Putamen

n. ca

udé

SNc

SNr

n. subthal.

Thalamus

4. La préhension le modèle des canaux visuo-moteurs

• Psychophysique, Neuroanatomie, neurophysiologie et Pathologie humaine

•Le transport: se caractérise par la vitesse du poignet

•La saisie par l’ouverture et fermeture de la pince

• Psychophysique

Les canaux sont-ils indépendants ?

• Changement de position affecte la saisie

• Conclusion, les canaux intéragissent

PMdr PMdc

PMvr

MIP

LIP

7a7b

VIP

AIP

M1

PMvc

• neurophysiologie

Rizzolatti et al. (voir Jeannerod et al. 1995)

Codage de la saisie: Exemple de neurone du prémoteur ventral

Sakata et al. (voir Jeannerod et al. 1995)

Codage de la saisie: exemple de neurone de l’aire AIPlumière obscurité fixation

Mouvement dans la mêmedirection par rapport à l’épaule

Codage de la direction du mouvement:

Exemple de potocole expérimental

Codage de la direction du mouvement:

Exemple de neurone du prémoteur dorsal

Préférence directionnelle d’une cellule de M1

Cellule directionnelle enregistrée dans M1 (Georgopoulos, 1982)

Courbe d’accord d’une cellule de M1

Courbe d’accord et préférence directionnelle d’une cellule de M1 (Georgopoulos, 1982).

5. De voir à agir: le problème de la dissociation des processus neuronaux

Un geste simple, des processusneuronaux complexes:• Attention• Motivation• Mémoire• Traitement sensoriel• Codage du movement

- Quels paramètres?…Problème de la dissociation

Que codent les neurones?Corréler l’activité neuronale avec un (des) événement(s) particulier(s)

Neurophysiologie Neuroimagerie

Approche contrôllée: stratégies expérimentales

Tâche avec réponse différée Autres stratégies:

• Stimulus sans action

• Indices attentionnels • Découplage spatial entre stimulus et réponse motrice • Vision et non vision de la cible

•Stimuli de modalités différentes (peu courant)

Sakata et al. (voir Jeannerod et al. 1995)

Dissociation des réponses sensorielle et motriceExemple: neurones de l’aire AIP

Commentaires:

A. Le neurone répond à la vue du stimulus et sa manipulation dans les conditions de lumière et d’obscurité, mais pas en fixation: moteur.

B. Le neurone répond surtout en condition de lumière: visuo-moteur

C. Idem, mais ne répond pas en fixation: neurone visuo-moteur.

D. Le neurone ne répond pas en condition obscurité: visuel

Relation entre activité préparatoire et direction du mouvement

L’activité du neurone change avec la direction du mouvement, mais est-ce tout?

Découplage spatial entre stimulus et action -1

Découplage spatial entre stimulus et action:Exemple de neurone du cortex PMd

Dissocier le sensoriel du moteur: autres protocoles

Neurone codant plusieurs paramètres du mouvement: dans quel ordre ?

Protocole

Neurone codant plusieurs paramètres du mouvement: dans quel ordre ?

Protocole

Les réseaux corticaux de l’attentionIRM fonctionnelle chez l’homme

A/M Préparation

Attention vs. intention

Dissocier l’attention du codage sensoriel et moteur

Attention(SAM)

Delayattention/memory

Instruction(MIC)

ExecutionDelaypreparation

Traitement sensoriel vs. moteur

même stimulus, actions différentes

Different stimuli, une même action

Traitement sensoriel vs. moteur

Exemples de neurones

Center of gaze

SAMMIC GO

Imp.

/s

SAM MIC GO

1 s

Selective attention

Motor preparation

Exemple de propriétés complexes

+

+

SAMMIC

Différences entre structures cérébrales

0

50

100

Pf PMv Str PMd

% n

eu

ron

es

Attention/mémoire Moteur

Neurones codant les associations stimulus-réponse

35

35

SAM MIC GO SAM MIC GO

Codage du stimulus

Cod

ag

e d

u

Move

men

t

(sp

/s)

0

20

40

60

80

100

Rostral Interm. Caudal

% n

eu

ron

es

A = P

P > A

A > P

Subdivisions rostrale et caudale de PMd chez le singe

PMdrM1

Pf

PMdc

Rostral versus caudal divisions of PMd in humans

SAM0.25 sec

MP task

MICDelay0.25 sec

ITI0.7 sec

1.0-5.5 sec

Control Task

SAM0.5 sec

ITI1.25-2.0

sec

SAMP task

4, 8, or 12 SAM stimuli

MIC 1.5 sec

Delay1.25-2.0

sec

Control

On Off

Task & Control

SAM0.5 sec

Delay1.25-2.0

sec

Task

Time

SAMP MPP SAMP * MPPVAC

Z-score

2

8

CN

pre-SMA

y = 4 mm (1) y = 12 mm (8) y = 24 mm (20)

Aires activées dans les deux tâches

pre-SMA / cis

2

6

1

5

y = -58 mm (-62) y = -34 mm (-38) y = -4 mm (-7)

y = -16 mm (-19) y = -8 mm (-11) y = -4 mm (-7)

Regions selective for spatial attention and/or memory

Regions selective for motor preparation

post ips / PC ant ips

PMd

PMd SMA / cis

A?

Quelques grands défis de demain

• Progresser dans la compréhension des

maladies du cerveau – Autisme,

schizophrénie, maladie e Parkinson …

• Le vieillissement cognitif (Alzheimer)

• Relever le défi de l’handicap en général, et

moteur en particulier (voir diapo suivante)

• Relation entre gène et fonctions cognitives

Brain–machine interfaces to restore motor function and probe neural circuits - Miguel A. L. Nicolelis

Interface cerveau - machine : un espoir pour l’handicap moteur

Comment les émotions modulent la perception et l’action?

Remarques finales

• Sur l’attention : rôle du préfrontal, différents types d’attention

• Sur la nécessité de penser les fonctions cognitives dans le cadre des nouveaux concepts: réseaux neuronaux (au lieu de localisation stricte), aspets dynamiques (traitements neuronaux dépendant de multiples paramètres contextuels …)

• Apport des neurosciences intégratives et cognitives à la santé publique, et à la société en général.

• Contact Driss Boussaoud (incm@incm.cnrs-mrs.fr)