3 Organisation anatomique du cortex crbral du primate

3. Organisation anatomique du cortex cérébral du primate a. b. c. d. Les voies visuelles dorsale et ventrale Subdivisions Les connexions pariéto-frontales Les boucles cortico-sous corticales – – Ganglions de la base Cervelet

Les voies visuelles Lobe pariétal Lobe frontal PMd M 1 DLPf VLPf SPL Voie dorsale : vision pour l’action IPL PMv V 1 Lobe occipital Lobe temporal 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. SMA (F 3) PMd F 1) ( 1 M F 2 PM v(F 4/F 5) Pf

Les connexions pariéto-frontales Spécificité des connexions pariéto-frontales

• Neuroanatomie transport M 1 MIP PMdr PMdc VIP PMvc PMvr AIP saisie 7 b LIP 7 a

n. SNc SNr GPi GPe men Thalamus Puta ca ud é Le système fronto-striatal n. subthal.

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

• neurophysiologie M 1 PMdr MIP PMdc LIP VIP 7 a PMvc PMvr AIP 7 b

Codage de la saisie: Exemple de neurone du prémoteur ventral Rizzolatti et al. (voir Jeannerod et al. 1995)

Codage de la saisie: exemple de neurone de l’aire AIP lumière obscurité fixation Sakata et al. (voir Jeannerod et al. 1995)

Codage de la direction du mouvement: Exemple de potocole expérimental Mouvement dans la même direction par rapport à l’épaule

Codage de la direction du mouvement: Exemple de neurone du prémoteur dorsal

Préférence directionnelle d’une cellule de M 1 Cellule directionnelle enregistrée dans M 1 (Georgopoulos, 1982)

Courbe d’accord d’une cellule de M 1 Courbe d’accord et préférence directionnelle d’une cellule de M 1 (Georgopoulos, 1982).

5. De voir à agir: le problème de la dissociation des processus neuronaux Un geste simple, des processus neuronaux 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)

Dissociation des réponses sensorielle et motrice Exemple: 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 Sakata et al. (voir Jeannerod et al. 1995)

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

Les réseaux corticaux de l’attention IRM fonctionnelle chez l’homme

Attention vs. intention A/M Préparation

Dissocier l’attention du codage sensoriel et moteur Attention Delay Instruction Delay Execution (SAM) attention/memory (MIC) preparation

Traitement sensoriel vs. moteur même stimulus, actions différentes

Traitement sensoriel vs. moteur Different stimuli, une même action

Exemples de neurones Motor preparation Selective attention Center of gaze Imp. /s 1 s SAMMIC GO SAM MIC GO

Exemple de propriétés complexes + + SAMMIC

% neurones Différences entre structures cérébrales Attention/mémoire Moteur

Neurones codant les associations stimulus-réponse Codage du stimulus Movement 35 (sp/s) Codage du 35 SAM MIC GO

Subdivisions rostrale et caudale de PMd chez le singe PMdr PMdc M 1 Pf % neurones 100 A=P 80 P>A 60 40 20 0 A>P Rostral Interm. Caudal

Rostral versus caudal divisions of PMd in humans SAMP task SAM 0. 5 sec Task Contr ol Delay 1. 25 -2. 0 sec SAM 0. 5 sec Delay 1. 25 -2. 0 sec 4, 8, or 12 SAM stimuli SAM 0. 25 sec Delay 0. 25 sec On MIC Off 1. 0 -5. 5 sec Control Task ITI 1. 25 -2. 0 sec Time Task & Control MP task MIC 1. 5 sec ITI 0. 7 sec

VAC SAMP MPP SAMP * MPP Aires activées dans les deux tâches pre-SMA / cis CN y = 4 mm (1) Z-score 8 2 y = 12 mm (8) y = 24 mm (20)

Regions selective for spatial attention and/or memory post ips / PC y = -58 mm (-62) PMd ant ips 6 2 y = -34 mm (-38) y = -4 mm (-7) Regions selective for motor preparation PMd 5 SMA / cis 1 A? y = -16 mm (-19) y = -8 mm (-11) y = -4 mm (-7)

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)