L’Attention

Scania de Schonen, CNRS

Université René Descartes (Paris V)Institut de Psychologie

Laboratoire Cognition et Développement

Laboratoire associé au CNRS, UMR-8605

Service de neurologie pédiatrique et de maladies

métaboliques

Hôpital Robert Debré

Production et maintient de la vigilance

Orientation vers les informations sensorielles

Contrôle volontaire de la réponse (mentale ou action): Fonctions exécutives.

La réponse peut devenir automatique avec l’expérience

Trois fonctions distinctes assurées par des ensembles différents de neurones:

Efficacité plus ou moins grande

d’un individu à l’autre

d’un âge à l’autre

Facteur génétique?

Efficacité modifiable?

Orientation vers certains événements ayant lieu dans le cerveau et dans l’environnement

- Détecter - Différencier le pertinent du non pertinent - Maintien de l’attentionsur les cibles pertinentes - Négliger le non pertinent - Anticipation des possibles : représentations des possibles - Représentation de l’espace des événements et de l’espace des actions - Effort d’attention (effortful): résistance à la diminution de l’attention, renouveler l’attention: mobilisationde réseaux différents

Attention

Mais fais donc attention! Tu vois bien!

ObjetsCouleursFormes

Saisir brosse à dent

Dentifrice sur bàd

Se pencher sur lavabo

Se laver les dents

Actions

Mouvements moteurs

Gestes, objets « outils » Relations

spatiales

Contrastesorientations

ASSEMBLAGES: Objets, Espace, les actions et leur but

CouleursFormesObjets

Attention spatiale

Selection,InhibitionContrôle conflit

Les réseaux de neurones engendrent , transforment, associent, dissocient, recombinent des signaux…..

-

Orientation vers des événements neuronaux, et carte spatiale

La localisation de l’origine d’une stimulation est calculée par des réseaux de neurones qui représentent l’espace et le corps (ex: membre fantôtme) .

« Surveiller sa droite en traversant »: cette zone d’attention spatiale est définie dans le cortex pariétal ce qui guide ensuite le regard vers

la droite du corps.

Cortex pariétal et occipital dorsal posent la question du « où?  » et y répondent en fournissant aux réseaux

chargés l‘organisation des actions les références spatiales nécessaires

Ex. Heminégligence spatiale ( Lésion du cortex pariétal droit)

Enfant de 4 ans : n’anticipe pas le chambranle des portes à sa gauche, ne tient pas compte de la partie gauche de la page, ignore les gens situés à sa gauche (différent de l’hemianopsie)

Patient adulte: représentation spatiale mentale tronquée

Patient décrit B, omet A

A B

X

Y

A B

X

Patient décrit A, omet B

Y

Contrôle volontaire de la réponse (mentale ou comportementale): Fonctions exécutives

The ventro-medial part of the prefrontal cortex receives sensory information from the whole body (and the whole environment): from visual, auditory, somesthesic , …cortex

The lateral and dorsal prefontal cortex, anterior cingular cortex are crucially involved in attentional control (executive functions)

Fonctions excécutives

Controle descendant (Top-down) : Les ressources attentionnelles sont utilisées pour

détecter et traiter : Représentation mentale de la cible ou certains aspects,

Réglage de la modalité d’entrée (les voies nerveuses d’entrée), la detection de certaines des propriétés,

le lieu dans l’espace (le lieu dans la représentation cerebrale de l’espace)

le moment de l’apparition (le moment dans la représentation cérébrale du temps)

Activités du cortex préfrontal dorsolateral

Les controles top-down

(1)Modification de taux de décharge neuronale. Porter attention à des stimuli provoquent une augmentation de la réponse des neurones sensoriels à ces stimuli .

(2)Exemple: l’attention à un contraste de luminance faible augmente la réponse de neurones du cortex V4 chez le singe; le taux d’augmentation est comme si on avait augmenté de 51% le contraste lui même (Treue and Maunsell, 1996). Ainsi on renforce la force de réponse des neurones specialisés dans la sensibilité à telle ou telle caractéristique, selection top down de ces neurones(Engel et al., 2001; Fries et al., 2001; Niebur and Koch, 1994;Steinmetz et al., 2000).

(2) Synchronization des décharches . La modulation Top-down du degré de synchronisation des décharges neuronales constitue un mécanisme de controle de la signification d’un stimulus (e.g., Fries et al., 2001; Moran and Desimone, 1985).

(3) Modification des propriétés des champs récepteurs: Les champs récepteurs des neurones dans les aires sensorielles primaires et associatives : les régions pour lesquelles les singes sont entrainés à détecter des cibles et à les distinguer de distracteurs subissent des modifications qui indiquent l’optimisation de la détection et du traitement de la cible, et une optimisation de la suppression de la détection et du traitement des distracteurs (e.g., Weissman et al., 2002).

(

(4) Modulation de l’activité dans les circuits et les régions correspondant aux cibles attendues. Augmentation de l’activité dans les régions corticales impliquées dans la detection et la discrimination des cibles auxquelles il faut etre attentif (e.g., Serences et al., 2005).

Les régions corticales qui représentent la position de stimuli auxquels il faut faire attention montrent une augmentation de leur activité avant l’apparition de la cible (O'Connor et al., 2002).

5) Attenuation de l’activité corticale dans les régions représentant des propriétés , des modalités ou des localisations dans l’espace, qui ne font pas partie des cibles auxquelles il faut faire attention (filtrage du non pertinent) (e.g., O'Connor et al., 2002; Shulman et al., 1997).

L’activite dans les airs corticales representant des modalités non pertinentes peut être supprimer.

(Sarter , William J. Gehring, Rouba Kozak Brain Res. Rev 2006)

rougerouge jajauneune vert rougevert rouge jaunejaune vert vert rougerouge rougerouge jaune jaune

Négliger les informations non pertinentes et inhiber une réponse automatisée : l’effet Stroop

3 3 3 3 3 3 9 9 9 2 2 2 2 2 2 2

L’attention n’agit pas seulement au niveau cortical

mais aussi à un niveau d’intégration inférieur du signal:

ex les Corps Genouillés ( Tubercules quadrijumeaux) O'Connor, D.H., Fukui, M.M., Pinsk, M.A., Kastner, S., 2002. Nat. Neurosci. 11, 1203–1209.

Disparité Direction Fréquence Orientation longueurBinoculaire vitesse spatiale d’onde

V2

V1

Flux optique Pattern Orientation Contour Contour Subjectif

Des Des LGN LGN aux aux cortex cortex associassociatifsatifs

V2

V1

Place Trajectoire Forme Propriétés de surface

VOIE VENTRALEVOIE VENTRALE

QuoiQuoi?

Objets, Visages etcOcc -inféro - Temp.

Où ?Où ? Relations spatiales 3-D Occipito- pariétale

VOIE DORSALEVOIE DORSALE

Différents Différents niveaux niveaux de calculde calcul:

MagnoFréqu. Temporelles hautes Fréqu. spatiales basses

Parvo

Fréqu. temporelles basses

Fréqu. spatiales hautes

LGNRétine

Bas niveau d’intégration

corticale

Niveaux d’intégration corticale intermédiaire

Niveaux d ’intégrationcorticale « avancée »

Tâches visuelles haut niveau

Très Très schématiquementschématiquement

Contrôle volontaire de la réponse (mentale ou comportementale) : Fonctions executives

Développement très lent

Le cortex préfrontal est avec le temporal latéral ventral et postérieur, le plus lent à se développer

Période de 4 à 7 ans

Développement de contrôles inhibiteurs

Au début du développement cognitif:

La séléction des informations pertinentes est imposée

par un filtrage sensoriel: fréquences spatiales basses, fréquence temporelles moyennes, …..peu de mobilité…

Par des mécanismes d’attention « forcée » et « préférentielle » précablés (voix, certaines formes, niveau moyen d’amplitude des signaux, mouvement à certaine vitesse…) :

Ex: on peut arrêter les pleurs d’un nourrisson en lui présentant un objet ou un son nouveau: cette attention « forcée », inhibe momentanément l’activité des réseaux « émotionnels »

. Sélection- attention à la numérosité , à certaines propriétés du monde environnant à partir de 2-mois (occlusion, contenant, support, collision)

. Selection-attention à certains systèmes de réferences spatiales

. Catégorisation perceptive (3 mois)

Puis

Nourrissons 2 mois

(Moyenne Faces + Diodes)

Arborisation dendritique

(cortex moteur)

(Tzourio,de Schonen et al., 1999, 2002)

Immaturité corticale

TEP H2O15

Tzourio-Mazoyer , de Schonen, Quinton, Crivello, Reutter, Mazoyer (1999)

R L

Rolando

Heschl

calcarine

thalamilenticular

brainstem

amygdala

SMA

cuneus

CEA, France, SHFJOrsay & Caen.CFILawrence Berkeley,Berkeley, USA.Neurocognitive Development, CNRS

& Paris 5.

PET with H2 15 0

2-monts-old infants

- Activation of the Right Fusiform gyrus by faces but not by circles of diodes.

(Tzourio, de Schonen, Quinton, Crivello, Reutter, Mazoyer, 1999, 2002)

% signal change

scans scans

Eveillés6 nourrissons

Endormis5 nourrissons

forward speechbackward speech

% signal change

Dorso-lateral Prefrontal activity when awakenDorso-lateral Prefrontal activity when awaken

Cx PF Dorsolateral

G D

(Dehaene, Hertz, Dehaene, 2002)

La capacité du cortex préfrontal à changer de critère de décision rapidement et n’importe quand en inhibant un calcul et en favorisant un autre est lente à se développer.

Une lésion du cortex prefrontal précoce peut empecher son développement

Ex: Lesion (à 8 mois) du cortex préfrontal droit dorsal et latéral avec preservation des aires ventrale et mésiales (Eslinger et Biddle, 2000)

Augmentation avec l’age du deficit attentionnel (surtout dans l’écoute de la parole)

L’attention spatiale se développe beaucoup vers 8 ans

( pas d’anomalie sociales ou émotionnelles)

36 enfants avec une lesion prefrontale précoce.Tâches: attention focalisée, passer d’un foyer d’attention à un autre, attention divisée, rapidité de traitementDéficit plus important dans les tâches de changement de critère et d’attention diviséeLésion gauche : déficit dans le traitement au fure et à mesure de l’information auditivo- verbaleLesion droite: fonctions exécutives , changement de critère et deshinibition déficitaire Lesions bilatérales plus déficitaires dans toutes les tâches requerrant de attention et inhibition. Importance du cortex préfrontal dans le developpement des differents mécanismes d’attention Rôle particlier du PF droit .Récupération médiocre . Peut-on développer des rééducations?

Lésions préfrontale précoces: effets à court et long terme

Cortex cingulaire anterieur (ACC).. (Adapted, with permission, from Posner.)

Integration attention/cognition

Intégration attention emotion

Meta-analysis of activations and deactivations during cognitive and emotional studies. Activations (a) and deactivations (b) are shown in 2-D spatial

Red: Stroop and Stroop-like tasks divided attention tasks, and complex response selection tasks. It is deactivated (i.e.shows reduced blood flow or MR signal) by emotional tasks.

The affective division is activated by tasks that relate to affective or emotional content. Deactivated by cognitively demanding tasks.

A direct comparison within the same subjects supports the cognitive versus affective distinction. The orange triangle indicates the activation of the cognitive division during the cognitive Counting Stroop. The same group of subjects activated the affective division (blue diamond) while performing the Emotional Counting Stroop. Matched normal controls activated the cognitive division during the Counting Stroop (yellow triangle),subjects with attention-deficit/hyperactivity disorder failed to activate this region.

Quand l’efficacité de l’attention diminue, il faut la mobiliser autrement.

Ex: des sujets payés et non payés. Les non payés présentent un déclin important des performances au cours d’une tâche de 60 minutes par rapport à des sujets payés. Donc des facteurs motivationels peuvent contrer le déclin en procédant en top down . Mécanismes encore mal connus

(Tomporowski, Tinsley, 1996. Am. J. Psychol. 109, 187–204.)

- Certains polymorphismes du gène DAT1 (fait partie des gènes de la Dopamine) sont associés à de meilleures performances dans les tâches de conflit que d’autres, et à de meilleures scores d’attitute à l’ égard des situations de conflit (tests de tempérament).

-Capacités de contrôle « volontaire » (« effortful ») et performances au test des flèches: fort coefficient d’héritabilité

- Mais « modifiables »

Facteur génétique?

Entrainement chez des enfants avec déficit attentionnel et hyperactivité

Progrès dans l’attention volontaire et mémoire de travail

Entrainement durant 5 jours: enfants de 4 et 6 ans. (Posner et al., 2005)

Progrès par rapport aux non entraînés dans les tâches avec « conflit d’attention ».

6 ans niveau adulte,

4 ans niveau 6 ans non-entraînés.

Appuyez sur le bouton qui se trouve du côté où pointe la flèche

Test avant/après entraînement

Attention focalisée commence à se développer très precocement, sur la base de préorganisations neuronales

L’attention focalisée « volontaire » » et l’inhibition volontaire se développent plus lentement

Il existe des différences interindividuelles qui sont largement sous le contrôle génétique

MAIS l’attention focalisée volontaire peut être entraînée

(problème « intensif »)

Conclusions

Tzourio-Mazoyer, de Schonen, Crivello, Reutter, Aujard & Mazoyer, 1995, 2002 Dehaene-Lambertz, Dehaene & Hertz-

Panier, 2002

HD. Fusiform gyrus

HG

TEP (H2O15) : 2 mois[Faces –Coloured Diodes patterns]

IRMf : 3 mois

HG

L. PlanumTemporale

Left Angular gyrus

[Voix lisant à l’endroit-lecture inversée