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La ou les mémoire(s) et les troubles d’apprentissage
Une approche neuropsychologique
M. Habib & B. Joly-Pottuz
CHU de Marseille
L’hippocampe:Former des souvenirs (et les consolider)
L’amygdala :La « rencontre des souvenirs et du désir »
Le striatum (ganglions de la
base)Mémoire
« procédurale »
Le cervelet : automatisation et
apprentissage
Noyau amygdalien
Formationhippocampique
fornix
Noyaux septaux
Basal forebrain Cavités ventriculaires
Tuberculemamillaire
Anatomie de la mémoire Le système central : circuit de Papez et amygdala
La mémoire des événements
Mémoire épisodique
L’hippocampe s’active lorsqu’on demande à une personne de se rappeler des souvenirs épisodiques personnels
Il s’active seulement du côté droit lorsque la personne doit se rappeler un parcours ou évoquer un chemin familier
Habib & Sirigu, 1987« Pure topographical disorientation »
Aguirre et al., 1998 :Imagerie fonctionnelle du cerveau lors de l’apprentissage d’un espace virtuel
Présentation des 24 figures géométriques
1. Robert a une grande famille, une femme et quatre enfants.
2. La femme de Robert souhaite changer de voiture
3. Robert est heureux ; c’était son rêve depuis longtemps
4. Avoir une voiture rouge, avec un grand coffre
5. Un matin Robert se lève tôt, pour aller chez un garagiste
6. Un garagiste qui est aussi un ami d’enfance
7. Robert doit attendre un peu, car il y a beaucoup de clients
8. Le garagiste est bavard et aujourd’hui malheureux.
9. En effet il n’a plus de voiture a vendre.
10. Mais Robert remarque dans un coin une voiture rouge
11. Le garagiste lui explique qu’il a oublié cette voiture.
12. Tout simplement parce qu’elle tombe toujours en panne
Présentation de la figure géométrique complexe
Apprentissage de la liste de 12 mots
Drapeau /jardin /église /carnet /sirop /peinture /ampoule /farine /mouche/
volcan /rasoir /bouton
Rappel 1 : score /12
Rappel 2 : score /12
Rappel 3 : score /12
Note : moyenne des 2 meilleurs essais (le plus souvent R2 + R3/2)
RAPPELS DIFFERES ….
RECONNAISSANCE
La ou les mémoire(s) : modèle d’Atkinson et Shiffrin (1968)
Mémoire sensorielle(qques millisecondes)
Mémoire à court terme(quelques secondes)
Mémoire à long terme(depuis qques secondes jusqu’à toute la vie)
Apprentissage d’une liste : effet de récence et de primauté
Mémoires : des modules séparables
Mémoire sensorielle(iconique, échoïque
Mémoire à court terme(verbale, non verbale)
Mémoire à long terme
déclarative Non déclarative
épisodique sémantique impliciteCondition-nement
procédurale
Conceptions plus récente : La Mémoire de Travail
« Travailler avec sa mémoire »
Modèle de Baddeley (1986, 1992)• système de capacité limitée• destiné au maintien temporaire et à la manipulation de
l’information• pendant la réalisation de tâches cognitives diverses
(compréhension, raisonnement, résolution de problèmes…)• comprend un administrateur central amodal, de capacité limitée• aidé de systèmes « esclaves » responsables du maintien temporaire
de l’information : - la boucle phonologique- le registre visuo-spatial
La ou les mémoire(s) : Modèle de Baddeley (1986, 1992)
• La Mémoire de Travail« Travailler avec sa mémoire »
Boucle Phonologique
Administrateur
Central
Calepin visuo-spatial
Système Mnésique
Visuel Auditif
Administrateur
Central
Boucle
phonologique
Calepin
visuo-spatial
MLT
MDT
Stockage
sensoriel
Mémoire épisodique
Mémoire sémantique
Mémoire procédurale (schémas, routines…)
La mémoire du passé immédiat
Mémoire à court terme
La mémoire de travail et ses 3 composantes
Mémoire croquis visuo-spatiale
Boucle articulatoire
Processeur central
Le système phonologiquedans le cerveau
lobe pariétal inférieur : mémoire phonologique à court terme
cortex temporal postérieur:discrimination phonétique
Aire de Broca: - programmation articulatoire - traitement syntaxique - récapitulation phonologique
M F C H D FL
MEMORY
M F C H B Rhymes with “D”?
L
RHYMEPaulesu et al., 1996
delay
nodelay
Etude des composantes de la mémoire de travail phonologique (Paulesu et al., 1996)
RHYME MEMORY
CONTROLS
DYSLEXICS
Mémoire à court terme non verbale (d'après Ungerleider, 1996)
Zones plus fortement activées dans la condition spatiale
Zones plus fortement activées dans la condition d’identification
La boucle phonologique
• stockage temporaire de l’information verbale
• contient :
- Un stock phonologique : réception directe de l’information verbale, stockée sous forme phonologique; maintien de brève durée (1.5 à 2 sec)
- Un processus de récapitulation articulatoire (réintroduction de l’information dans le stock phonologique) : système d’autorépétition mentale permettant de retenir, rafraîchir l’information
Le système de la boucle phonologique
Recodage phonologique
Code Visuel
Entrée
Visuelle
Entrée
Auditive
Analyse phonologique
stock phonologique à court terme
Boucle de récapitulation articulatoire
Effet de similarité phonologique
• L’empan (rappel sériel immédiat) de mots ou lettres qui se ressemblent
au plan phonologique est moins bon que le rappel de mots ou lettres qui diffèrent phonologiquement.
• le stock phonologique se fonde essentiellement sur un code phonologique
• plus la similarité entre items est grande, plus il est difficile de les distinguer et de les récupérer
L’effet de similarité phonologique est un indice du fonctionnement normal du stock phonologique
Effet de longueur• le rappel sériel immédiat de mots est inversement relié à leur durée
de prononciation
• effet sous la dépendance du processus de récapitulation articulatoire
• les mots longs prennent plus de temps pour être récapitulés que les mots courts
• ce qui permet à la trace mnésique des mots précédents de s’effacer avant que ces mots puissent être réintroduits dans le stock phonologique (via la récapitulation articulatoire)
L’existence d’un effet de longueur atteste du bon fonctionnement de la récapitulation articulatoire
Effet de suppression articulatoire• la répétition itérative d’un son non pertinent
« bla-bla-bla-bla-bla-bla……. »durant une tâche de rappel sériel immédiat altère la performance
Le registre visuo-spatial • responsable du stockage à court terme de l’information visuo-spatiale• manipulation des images mentales• comprend une composante spatiale et une composante visuelle
(Logie, 1986)
L’ Administrateur Central • système attentionnel de contrôle • sélection des stratégies cognitives• coordination des informations de sources différentes• Planification et contrôle (procédures de gestion)
Existence de sous-systèmes, indépendance fonctionnelle
Modèle de Tulving (1972, 1983) : 3 systèmes
• mémoire épisodique (incluant la mémoire autobiographique) :
rétention des événements récents ou plus anciens en les reliant aux événements passés, expériences personnelles du sujet (de nature subjective et contextuelle)
La mémoire à long terme
• Mémoire sémantique
- répertoire des connaissances acquises de nature langagière, à un niveau tant phonologique que lexical ou conceptuel
- contenu abstrait et rationnel
- le rappel s’effectue à partir des codes lexical et grammatico-syntaxique de la langue
- évocation des caractéristiques associatives et fonctionnelles des mots
• Mémoire procédurale
- requise quand le sujet doit exécuter un geste complexe lors d’une activité qui fait appel à des habiletés perceptivo-motrices et cognitives (faire du vélo, nager…)
L’encodage, la consolidation et la récupération sont également évalués comme des fonctions indépendantes :
Encodage : processus actif qui transforme les éléments d’information en traces mnésiques selon leurs caractéristiques (apprentissage incidentel et intentionnel)
Consolidation : processus par lequel une trace mnésique est maintenue et passe de la MCT à la MLT
Récupération : processus par lequel l’information contenue en MLT retourne en MCT pour devenir directement accessible
Le développement de la mémoire chez l’enfant
• Piaget & Inhelder (1973)
- Développement des habiletés motrices et perceptives précédant la fonction mnésique
- Apparition de la mémoire au début du stade préopératoire, après 2 ans // capacité du jeune enfant à nommer un objet en son absence
- cette acquisition nouvelle résulterait du passage de la mémoire procédurale à la mémoire sémantique (pensée symbolique)
• Olson et Strauss (1984)
Il existe des formes de catégorisation dès l’âge de 6 mois• Gathercole (1998)- MDT : système phonologique présent dès 2-3 ans (unité de
stockage)- Boucle articulatoire : stratégie utilisée pas avant 7 ans
Effacement rapide de l’information auditive
Sensibilité aux effets de familiarité & de longueur entre les mots
Chapeau, château, cadeau ????
Banane
Téléphone
Balançoire-
Chat, Clef
+
Enfants présentant des troubles du langage• Efficience du système phonologique < capacités de
compréhension & niveau d’intelligence non verbale• testés sur leur capacité de répétition phonologique de non
mots, des enfants de 8 ans présentent un retard de 4 ans.
Excellent marqueur de la dysphasie
• dès 7 ans, mise en place progressive de la boucle articulatoire, qui servira de + en + à encoder du matériel non entendu
• ce matériel profite d’un double encodage : phono + visuo-spatial
Maximisation de l’empan
• Maturation des fonctions pré-frontales d’autorégulation
(préado et adolescence)
Utilisation maximale de l’administrateur central Apprentissage à gérer le double traitement phonologique et visuo-spatial
Enfant capable de :
• contrôler ses actions
• planifier ses comportements en fonction du but visé
• utiliser à bon escient toutes les stratégies de mémorisation pour mener à bien la tâche
La trace mnésique
Comment sont stockés et organisés les souvenirs
Diverses modifications synaptiques liées à l’apprentissage
L’aplysie : animal « vedette » de la mémoire
Témoin habituation à sensibilisation long terme à long terme
Fibres perforantes médialesFibres perforantes latéralesGyrus dentatusCellules hippocampiquesPotentialisation à long terme
(PLT) dans l’hippocampe : un train de stimulations rapprochées(tétanisation) entraîne une modification durable de l’activité électrique dans le circuit 30 60 90 120Tps (mn)
« Rêver un souvenir »
Rêve « projeté » dans le cortex frontal
Pendant le sommeil onirique, le cerveau rejoue les expériences récentes pour les imprimer plus profondément dans la mémoire
L’hippocampe rejoue le film des événements de la journée
Les aires visuelles passent en revue ce qui a été vu pendant la journée
Mémoire et lobes frontaux
• Indexation temporelle des souvenirs• Évaluation de la réalité et fausses
reconnaissances• Qualité de l’encodage• Allocation de ressources
attentionnelles• Rôle séparé des deux hémisphères
Test d’alternance retardéedelayed alternation task
Lobe frontal et mémoire des épisodes : le modèle HERA(hemispheric encoding/retrieval asymmetry : Tulving, 1994)
Encodage :Lobe frontal gauche
Récupération :Lobe frontal droit
aire classique du langage
aires de médiation
cortex préfrontal inférieur(syntaxe, grammaire accès aux verbes)
(processus instrumentaux)
(accès "catégorie-spécifique" aux mots)
nomspropres
élémentsnaturels
objets
couleurs
Mémoire sémantique : exemple de l’accès aux noms propres (1)
UNITE DE RECONNAISSANCE
NŒUDS PROPOSITIONNELSSe lève tôt
Vend des gâteaux
Cuit le pain
Pétrit la pâte
NŒUD LEXICAL
SYSTEMEPHONOLOGIQUE
SYLLABES
Boulan
ger
(directement activé par unités propositionnelles)
Noms propres : nœuds propositionnels et lexicaux ne sont plus connectés
UNITE DE RECONNAISSANCE
NŒUDS PROPOSITIONNELSAdore le bordeaux
Parle six langues
Fan de football
Moine défroqué
NŒUDS LEXICAUX
SYSTEMEPHONOLOGIQUE
SYLLABES
Bou langer
Jules Boulanger(individu) Anne Boulanger
(individu)
JulesBoulanger(nom)
Anne
La mémoire des procédures et des automatismes
Mémoire procédurale
(naïf) (entraîné) (nouvelle)
Génération de verbes à partir d’une liste de noms communs (Posner)
Accroissement d’activité avec le conditionnement
Striatum ventr.Thalamus ny rouge vermis antérieur Vermis antérieur
Aires corrélées avec les performances dans l’apprentissage
Cortex cérébellgauche
hippocampe
Apprentissage d’une procédure visuo-motrice (Doyon & Ungerleider, 2002)
Le cervelet participe à l’apprentissage de la séquence (session 1)
Les ganglions de la base (striatum) ne se mettent en jeu que lorsque le niveau de performance optimal a été atteint
Le cervelet : un organe aux fonctions multiples et émergentes-motricité, coordination, posture-Modulateur des apprentissages procéduraux et des automatismes (sensori-moteurs et cognitifs) - Pace-maker des structures sus-jacentes?
Difference in activation between 6 dyslexics and 6 controls during learning of a motor sequence of
the fingers: underactivation of the right cerebellum
(Nicolson et al., 1999)
Table 1. Performance data ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Training group (SEM) Control group (SEM) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------
1st 2nd 1st 2nd measurement measurement measurement measurement
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------IQ 98.00 (3.50) 93.00 (4.00)
Words/correct* 23.79 (0.97) 29.38 (0.56) 23.34 (1.22) 26.78 (0.96)
Speed; s/word 5.85 (0.77) 2.34 (0.29) 5.60 (0.53) 3.37 (0.45)
Spelling 6.71 (0.54) 8.96 (0.35) 7.54 (0.52) 9.33 (0.22)
Rem. 1st phon. 6.42 (0.52) 8.87 (0.26) 6.21 (0.51) 8.08 (0.48)
Comp. test 21.71 (1.10) 27.75 (0.52) 21.04 (1.02) 24.96 (0.70)
Hit % 89.33 (4.17) 92.50 (2.50) 80.83 (8.83) 88.33 (5.57
FA % 23.67 (12.17) 11.17 (7.33) 23.00 (6.50) 20.00 (11.00)
RT (ms) 690.00 (59.00) 583.00 (59.00) 801.00 (64.00) 779.00 (45.00)
40ms 10ms
40ms750 Hz
500 Hz (90%)
(10%)
• Méthode : « Magnetic source imaging »• 8 enfants dyslexiques testés avant et après 8 semaines d’entraînement intensif phonologique et grapho-phoémique• Enregistrements de l’activité cérébrale pendant une tâche de jugement de rimes sur des non-mots écrits
avt Apr.
Merzenich et al., 1996; Tallal et al., Science, 1996
Etude comparative de deux méthodes adjuvantes
• groupe G1 n = 12 =entraînement phonologique et visuel (V)– F = 6 et M = 6.– âges compris entre 7 ans 7 mois et 11 ans 3 mois
• Groupe G2 n=10 = entraînement phonologique et articulatoire (A)– F = 4 et M = 6.– âges entre 7 ans 9 mois et 10 ans 11 mois
• 6 semaines d’entraînement. Bilans avant, après et 7 mois après
A
V
40
50
60
70
80
90
100
110
Bilan initial Bilan final Bilan Contrôle
Box PlotSplit By: Groupe
Conscience phonologique : amélioration significative des deux groupes
A
V
-20
0
20
40
60
80
100
Dictée Bi Dictée Bf Dictée Contrôle
Box PlotSplit By: Groupe
Dictée : amélioration significative des deux groupes
A
V
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
130
Alou Bi mois Alou Bf mois Alou Ct mois
Box PlotSplit By: Groupe
Lecture : amélioration très significative du groupe visuel à 7 mois
Cz /fi/ 50-60 ms
Potentiels Evoqués moyens enregistrés sur l’électrode au vertex au cours de la perception du stimulus /fi/ (de durée moyenne 50-60 ms.) Batty et al., 2001
témoins
Dysl baseline
Dysl post-training (phon)
Dysl post-training (vis.)
8 semaines entraînement phono, puis 8 semaines visuel
1/ & 3/ : fMRI 2/ « instructional treatment »
28 hour (2h/d over 14 days) :• linguistic awareness• alphabetic principle• Fluency• Reading comprehens.
NEUROLOGY 2003;61:212–219
Phoneme mapping :controls>dyslexics
Dyslexics : follow-up>initial
Controls : follow-up<initial
initial scan Follow-up scan initial scan Follow-up scan
Morpheme mapping :controls>dyslexics
Dyslexics : follow-up>initial
Controls : follow-up<initial
initial scan Follow-up scan initial scan Follow-up scan
Hebb's synapse: if axon a fires when neuron B is being activated by c and d, then the connection between A and B will be increased
Hebbian learning : some examples
Learning voiced/unvoiced contrast : segregation of relevant neuron clusters
Left A1 neurons
"voicing" neurons
…Left A1
Audit assoc. cortex
F0
spectral
temporal
Integration of multiple auditory patterns (e.g. prosody)
Specialised assemblies
Temporally asymmetric learning (Hebb, 1949) = spike-based temporal difference
•An input synapse to a given neuron that is activated slightly before the neuron fires is strengthened, whereas a synapse activated slightlyafter is weakened•This window of plasticity ranges from -40 to +40 msec•This mechanism would cause multiple neurons in the primary auditory cortex that fire nearly simultaneously to bind together
Hebbian learning : further speculations
Visual word form (BA37)
Learning grapheme-phoneme conversion : the fundamental defect in dyslexia
Learning numerical value of quantities :the fundamental defect in dyscalculia
Conclusion : la synapse de Hebb comme explication de la dyslexie et des troubles apparentés
• Explique à la fois les déficits auditifs et visuels de bas niveau et des déficit de niveau plus complexe, y compris des déficits multimodaux
• Peut expliquer la coexistence de signes visuels et auditifs• A mené à des applications thérapeutiques (toutefois récentes et à confirmer)• Explique que les résultats soient différents selon la nature linguistique ou non des
stimuli• Explique surtout la coexistence de déficits extra-linguistiques chez les
dyslexiques (dyscalculie, dyspraxie…et même précocité intellectuelle) • est compatible avec les constatations d'anomalies morphologiques intra- et inter-
hémisphériques
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