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Cerveau, vision et cognition : approche psychophysique, neuropsychologique et fonctionnelle

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Axes de recherche

Evaluation des aptitudes visuelles de l’enfant normal et souffrant de troubles visuels d’origine centrale ou périphérique.

Plusieurs travaux ont mis en évidence que de la qualité de l’acuité visuelle dépendait la qualité des apprentissages de l’enfant. Ces données ont conduit à la mise en place d’un dépistage systématique des troubles visuels périphériques chez le jeune enfant (4-6 ans). En revanche, les aspects neurologiques relatifs à la vision (i.e., le cerveau est responsable de l’intégration et de l’interprétation des informations visuelles issues des globes oculaires) restent un sujet d’étude marginal.

Etant donné l’importance de la qualité de la vision sur les apprentissages, nos travaux s’intéressent à mieux caractériser les troubles neuro-visuels chez le jeune enfant. Du fait de la faiblesse de la littérature à ce propos, les questions relatives à l’importance des troubles neuro-visuels qui seront abordées sont : l’existence de troubles neuro-visuels en présence de troubles périphériques, et la prévalence ainsi que les caractéristiques des troubles neuro-visuels chez le jeune enfant (4-6 ans).

Une première étude s’est intéressée à caractériser les troubles de la cognition visuelle chez l’enfant souffrant de troubles ophtalmologiques. L’évaluation des capacités visuo-attentionnelles de ces enfants, à l’aide d’un ensemble de papier – crayon, a montré que même corrigé, un trouble ophtalmologique peut générer un trouble visuo-attentionnel. Les fonctions plus particulièrement atteintes sont l’orientation de l’attention, la mémoire de travail spatiale, et l’automatisation des mécanismes attentionnels pour le matériel verbal. Etant donné que l’attention est impliquée dans les capacités de lecture (et de son acquisition) de l’enfant, ces données soulèvent la question de l’importance d’un dépistage précoce des troubles de la cognition visuo-spatiale chez l’enfant de 4-6 ans. En collaboration avec la Direction Générale de la Santé, il a donc été décidé d’élaborer une batterie de dépistage des troubles neuro-visuels chez le jeune enfant. Pour cela, une première étape a consisté à utiliser un ensemble de tests papier – crayon chez une population d’enfants tout-venant, et d’enfants souffrant de troubles visuels d’origine centrale ou périphérique. L’ensemble des groupes étudiés permet de constater que le pattern de déficits est différent selon la population d’étude, et que la batterie mise au point semble spécifique aux troubles neuro-visuels (e.g., pas de déficit majeur aux tests de la batterie chez l’enfant myope).

L’ensemble des travaux réalisés sur ce thème d’étude mettent en évidence deux résultats principaux : 1/ des troubles de la cognition visuo-spatiale peuvent accompagner des troubles visuels périphériques même s’ils sont pris en charge ; 2/ des troubles neuro-visuels existent en l’absence de troubles ophtalmologiques, et ne sont actuellement pas dépisté chez le jeune enfant. Sur la base de ces données, nous élaborons la version définitive de la batterie de dépistage des troubles neuro-visuels chez le jeune enfant.

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Caractérisation de la vision chez le patient souffrant d’Hémianopsie Latérale Homonyme.

L’Hémianopsie Latérale Homonyme (HLH) se caractérise par une cécité pour l’hémichamp controlatéral à la lésion (occipitale unilatérale). Parmi les manifestations associées, une atteinte du champ central et/ou un phénomène de blindsight (i.e., perception résiduelle dans l’hémichamp aveugle) sont parfois constatés. De plus, les hautes fréquences seraient préférentiellement traitées par l’hémisphère gauche alors que les basses fréquences le seraient par l’hémisphère droit.

Etant donné que l’HLH est consécutive à une atteinte latéralisée, nous avons voulu vérifier l’existence d’une atteinte spécifique du traitement de certaines fréquences spatiales en fonction de la latéralisation de la lésion occipitale. Pour cela, deux études ont été mises en place ; la première s’intéressant aux caractéristiques de la vision centrale, et la seconde s’intéressant aux caractéristiques du blindsight.

Les performances des patients souffrant de HLH (droite ou gauche) ont été comparées à celles d’individus sains dans des tâches de détection et de catégorisation de scènes naturelles, où les images étaient filtrées en hautes ou basses fréquences spatiales, ou non filtrées. Dans la première étude, les images ont été présentées centralement. Par rapport aux individus sains, les patients atteints de HLH gauche ont des temps de réponse plus longs, quelle que soit la tâche, alors que les patients atteints de HLH droite ont des temps de réponse allongés seulement dans la tâche de catégorisation. Concernant les fréquences spatiales, un temps de réponse augmenté est observé chez les patients souffrant de HLH gauche pour les hautes fréquences spatiales dans la tâche de catégorisation. Ces résultats suggèrent donc que les troubles de l’analyse visuelle sont plus marqués après lésion occipitale droite que gauche. Dans la seconde étude, les images ont été présentées latéralement. Concernant le blindsight, les patients ont de meilleures performances pour la tâche de catégorisation que pour la tâche de détection. De plus, les performances (en termes de nombre d’erreurs et de temps de réponse) sont meilleures pour les basses que pour les hautes fréquences, surtout chez les patients atteints de HLH droite. Ces données suggèrent donc que les basses fréquences seraient à l’origine du phénomène de blindsight.

Les deux études réalisées montrent que : 1/ la supériorité de l’hémisphère droit pour les processus visuo-spatiaux existe même en champ central ; 2/ le phénomène de blindsight relèverait d’une voie sous-corticale spécialisée dans la prise en charge des basses fréquences spatiales. Parmi les questions soulevées par ces résultats, des travaux en cours s’intéressent aux capacités d’apprentissage dans le champ aveugle et au substrat neuro-anatomique du blindsight chez le patient HLH.

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Evaluation de l’origine centrale de la plainte visuelle exprimée par les patients après un premier épisode de névrite optique

La névrite optique est une inflammation aigüe du nerf optique s’accompagnant d’une baisse de l’acuité visuelle de l’œil atteint. Bien que l’évaluation clinique révèle une amélioration spontanée de la vision chez la majorité des patients, une plainte visuelle reste présente. Par conséquent, la gène visuelle éprouvée pourrait être d’origine corticale, des phénomènes de plasticité cérébrale pouvant se mettre en place consécutivement à l’épisode de névrite optique.

Afin d’évaluer l’origine corticale de la plainte visuelle de patients ayant souffert d’un épisode de névrite optique, deux aspects du traitement de l’information visuelle ont été étudiés. Nos travaux visaient à vérifier si le traitement des hautes et des basses fréquences spatiales seraient différents entre l’œil sain et l’œil malade du patient, mais aussi si ces traitements différaient entre patients et individus contrôles sains.

Les performances des patients ayant soufferts de névrite optique (droite ou gauche) ont été comparées à celles d’individus sains dans des tâches de détection et de catégorisation de scènes naturelles. Une présentation monoculaire d’images filtrées en hautes ou basses fréquences spatiales, ou non filtrées a été utilisée. Par rapport à leur œil sain, les patients ayant souffert d’une névrite optique montrent des temps de réponses plus élevés avec l’œil malade, quelle que soit la tâche, et plus particulièrement pour les basses fréquences. Par rapport aux individus sains, où les basses fréquences sont mieux traitées que les hautes fréquences (en termes de temps de réponse et de nombre d’erreurs, et quelle que soit la tâche), aucun effet des fréquences spatiales n’est retrouvé avec l’œil pathologique des patients. Concernant l’œil sain, l’effet des fréquences spatiales n’est retrouvé que pour la tâche de détection. Enfin, les données cliniques ne révèlent pas de perte axonale au niveau du nerf optique au moment des passations (i.e., un mois après l’épisode de névrite optique).

L’ensemble des résultats obtenus montre une atteinte plus importante du traitement des basses fréquences ce qui suggère une réorganisation corticale (relative à un déficit de la voie magnocellulaire ?). De plus, l’altération fonctionnelle observée précède l’altération morphologique du nerf optique. Une étude IRMf en cours (voir ci-dessous) devrait permettre de déterminer la localisation neuro-anatomique de cette réorganisation, en parallèle avec la perte axonale au niveau du nerf optique.

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NeuroImagerie Fonctionnelle et Plasticité du système visuel

Ce projet consiste ainsi à étudier en parallèle chez des patients atteints de lésion du nerf optique versus du cortex visuel primaire, les modifications comportementales et corticales post-lésionnelles. Chez ces patients, nous comparerons les patterns de performances à des tâches visuelles plus ou moins complexes (mettant en jeu les aires visuelles striées mais également extra-striées) ainsi que les patterns de réorganisation cérébrale, objectivés par IRM lors de tâches visuelles mettant en jeu les différentes aires visuelles corticales (rétinotopie, reconnaissance visuelle, jugement d’orientation) à différents délais temporels (phase aiguë, 6 mois et 12 mois) de la lésion périphérique ou centrale.

Cette approche double, nous permet ainsi :

  • au niveau clinique, d’analyser les capacités de ces patients et de mettre en évidence un éventuel trouble à l’origine d’un déficit dans l’analyse visuelle fine qui pourrait ne pas être objectivé par les tests classiques

  • au niveau théorique, d’étudier le corrélat anatomique du traitement visuel depuis la détection jusqu’à la reconnaissance visuelle complexe par l’étude de l’effet d’une lésion survenant à un niveau plus ou moins avancé du système visuel, du nerf optique au cortex visuel primaire, sur ces performances.

Des sujets contrôlés ainsi que des patients cérébro-lésés droit et gauche ont été soumis à une tâche de détection ainsi qu’à une tâche de catégorisaton de scènes naturelles, présentées soit en basses fréquences spatiales, soit en hautes fréquentes spatiales, soit résolues pendant un enregistrement des patterns d’activité cérébrale à l’IRM fonctionnelle. La particularité de ces tâches est qu’elle sont identiques en tout point (durée, stimuli) et ne diffèrent que par leur consigne. Les résultats mettent en évidence des patterns spécifiques d’activation cérébrale pour chacune de ces deux tâches : l’activation bilatérale des aires extra-striées (BA 18) pour la détection s’explique par le fait que le stimulus visuel soit présenté en vision centrale ce qui entraîne la répartition du traitement de l’image dans les deux hémisphères. Inversement, la catégorisation visuelle semble activer majoritairement les aires visuelles (BA 18/19) gauches. On constate de plus, pour la tâche de catégorisation, une activation de la région des gyri fusiforme/ lingual dans l’hémisphère droit (incluant l’aire "lingual landmark area" LLA, Aguirre et al. 1998) qui s’étend au gyrus parahippocampique droit (incluant l’aire "parahippocampal place area" PPA, Epstein & Kanwisher, 1998). Ces aires ont été reportées comme impliquées dans la reconnaissance et la catégorisation spécifiques des scènes visuelles naturelles intégrant des immeubles, des rues. L’étude de la PPA suggère un rôle de cette aire dans la mémoire spatiale et la navigation dans l’espace mais également lors d’une vision passive, sans aucune tâche de navigation demandée (Epstein & Kanwisher, 1998). Cette activation confirme que les participants perçoivent consciemment les types de stimuli visuels (villes ou autoroute) durant la tâche de catégorisation par rapport à la tâche de détection où ils n’ont pas besoin de décider précisément ce qu’ils voient. Concernant la tâche de détection, elle semble activer fortement la région occipito-temporo-pariétale gauche, étant donnée la persistance de ces mêmes régions indépendamment de la FS du stimulus (BFS ou HFS). Ces régions temporales inférieures postérieures sont connues pour être essentielles pour la reconnaissance visuelle chez les primates (Tanaka, 1996, Hahn et al. 2006). On constate donc une forte asymétrie hémisphérique pour ces deux tâches de perception visuelle, qui semble être liée à la spécialisation hémisphérique issues de l’analyse des FS des images. Les résultats obtenus chez les patients hémianopsiques montrent une certaine diversité de patterns cérébraux, qui semblent dépendre tout à la fois de la localisation lésionnelle et de la tâche réalisée. Nous augmentons actuellement le nombre de patients hémianopsiques gauches et droits afin de pouvoir dégager un pattern spécifique d’activité cérébrale en fonction de la localisation lésionnelle.

Les données que nous avons obtenues tant chez les sujets contrôles que chez les patients révèlent qu’en dépit de leur stricte identité, les tâches de détection et de catégorisation du fait de la consigne différente donnée au sujet sont à même d’activer des aires spécifiques au niveau cérébral. Nous poursuivons actuellement cette recherche afin de dégager un pattern spécifique d’activation en fonction de la localisation inter-hémisphérique de la lésion.

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Interaction entre facteurs biologiques et culturels dans la cognition visuelle

Un grand nombre de recherches lient de manière indissociable les concepts de langue, culture et connaissance. Notre développement cognitif serait donc par essence, biologique, environnemental, et social. La langue à laquelle nous sommes exposés, l’éducation reçue, les structures sociales et familiales dans lesquelles nous sommes éduqués, le contexte historique, politique et technologique qui est le notre, les exigences écologiques auxquelles nous devons nous adapter ainsi que nos croyances et les valeurs que nous défendons influencent tous le développement cognitif, culturel et biologique. Nous hériterions ainsi génétiquement d’un modèle cognitif qualitativement différent de celui d’autres cultures et sociétés. Nous menons depuis plusieurs années des recherches qui visent à élaborer un modèle dynamique d’organisation cérébrale où les habiletés cognitives et les facteurs culturels interagissent avec des facteurs liés à la spécialisation hémisphérique.

Ce projet, vise à poursuivre l’étude des asymétries dans le domaine de la cognition visuo-spatiale et attentionnelle chez des sujets normaux droitiers avec des habitudes de lecture opposées, bilingues, ou illettrés. Ce projet de recherche est construit autour de trois questions auxquelles nous tenterons de répondre :(1) L’illettrisme, le bilinguisme et les habitudes de lecture influencent-ils les performances au cours de tâches perceptives ? (2) quelle est l’effet de l’illettrisme, du bilinguisme et des habitudes de lecture sur l’organisation de l’espace ? (3) l’illettrisme, le bilinguisme et les habitudes de lecture peuvent-ils également influencer l’orientation de l’attention dans l’espace ?

Ce projet consiste à tester les performances de sujets droitiers ou gauchers, de lecteurs lisant de gauche à droite (français), de lecteurs lisant de droite à gauche (marocains et israéliens), de lecteurs bilingues (avec les 2 directions de lecture) et de sujets illettrés au cours de tâches visuelles non verbales et uniquement perceptives telles que :

  • la préférence esthétique pour des stimuli visuels directionnels ou latéralisés (voir Chokron et De Agostini, 2000)

  • la reconnaissance visuelle rapide de stimuli orientés où un stimulus présenté dans une orientation donnée (de gauche à droite et de droite à gauche, dans le champ visuel gauche ou droit) doit être reconnu.

  • le pointage droit devant (voir Chokron et Imbert, 1993)

  • la perception de la verticale subjective

  • la bisection visuo-motrice(voir Chokron et Imbert, 1995).


    Le but est de comprendre dans quelle mesure la structure des référentiels spatiaux est influencée par des facteurs culturels liés à la langue écrite et des facteurs biologiques tels que la latéralisation hémisphérique. Les premiers résultats obtenus auprès de sujets monolingues ou bilingues lisant de gauche à droite ou de droite à gauche montrent que la maîtrise de la langue écrite ainsi que la directionalité de la lecture influencent l’orientation de l’attention dans l’espace. Il se pourrait donc que les habitudes de lecture influencent significativement la façon dont les sujets orientent leur attention dans l’espace et se représentent le monde extérieur.

Ces expériences suggèrent que la mise en jeu des processus attentionnels est influencée par des facteurs culturels liés à la langue écrite et des facteurs biologiques tels que la latéralisation hémisphérique.

Pour soutenir la recherche sur les maladies oculaires : cliquez ici

Dernières publications

- Dupierrix E, Alleysson D, Ohlmann T and Chokron S, (2008), Spatial bias induced by a non-conflictual task reveals the nature of space perception. Brain Research, in press.

- Siéroff E, Decaix C, Chokron S, Bartolomeo P. (2007). Impaired orienting of attention in left unilateral neglect : a componential analysis. Neuropsychology, 21(1):94-113.

- Chokron S, Dupierrix E, Tabert M, Bartolomeo P. (2007). Experimental remission of unilateral spatial neglect. Neuropsychologia, 45(14):3127-48.

- Urbanski M, Thiebaut De Schotten M, Rodrigo S, Catani M, Oppenheim C, Touze E, Chokron S, Meder JF, Levy R, Dubois B, Bartolomeo P. (2007). Brain networks of spatial awareness : Evidence from diffusion tensor imaging tractography. J Neurol Neurosurg Psychiatry.

Membres de l’équipe

  • Christian Marendaz (PU, UPMF - Grenoble)
  • Nathalie Guyader (MCF, UJF - Grenoble)
  • David Alleysson (CR1, CNRS)
  • Olivier Coubard (Post-Doc, UPMF - Grenoble)
  • Seta Kazandjian (Post-Doc, MRT)
  • Céline Cavezian (Post-Doc, ERT)
  • Céline Perez (Doctorante, FOR)
  • Antoine Tanet (Doctorant, FOR)
  • Marc Vilayphonh (Doctorant, MRT)
  • David Dulin (Doctorant, MRT)
  • Isabelle Gaudry (M2R, UPMF - Grenoble)
  • Anne-Claire Viret (UPMF - Grenoble)
  1. Fondation Voir et Entendre - Aide
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