Le cortex associatif

Le cortex associatif et
intégration cérébrale
Gina Devau
gina.devau@univ-montp2.fr
U710
Mécanismes moléculaires dans les démences neurodégénératives
www.mmdn.univ-montp2.fr

Sommaire
I. Cortex Associatif
1. Localisation anatomique des aires corticales
2. Développement évolutif
3. Structure et organisation du cortex associatif
4. Les outils d’investigation
II. Les informations visuelles et intégration de l’espace
1. Les aires corticales visuelles
2. Intégration visuelle primaire
3. Intégration visuelle IIaire
4. Intégration associative visuelle
III. Les informations auditives et langage
1. Le cortex auditif
2. Le cortex auditif IIaire
3. L’aire de Wernicke
4. Les aphasies de compréhension
IV. Cortex frontal et comportement
1. Mémoire de travail et apprentissage
2. Le comportement moteur
3. L’aire de Broca
4. Le comportement social

Sommaire
I. Cortex Associatif
1. Localisation anatomique des aires corticales
2. Développement évolutif
3. Structure et organisation du cortex associatif
4. Les outils d’investigation
II. Les informations visuelles et intégration de l’espace
1. Les aires corticales visuelles
2. Intégration visuelle primaire
3. Intégration visuelle IIaire
4. Intégration associative visuelle
III. Les informations auditives et langage
1. Le cortex auditif
2. Le cortex auditif IIaire
3. L’aire de Wernicke
4. Les aphasies de compréhension
IV. Cortex frontal et comportement
1. Mémoire de travail et apprentissage
2. Le comportement moteur
3. L’aire de Broca
4. Le comportement social

I-1. Le cortex cérébral
Les hémisphères cérébraux
Droit et
gauche
Symétrie structurale
Asymétrie fonctionnelle

Le corps calleux
Communication entre les 2 hémisphères

I.1. Localisation anatomique: aires de Brodman

Les aires Iaires : Réception et intégration
d’informations
Aires Iaires sensorielles:
Vision - cortex occipital
Audition - cortex temporal
Aires Iaires Somesthésiques:
Cortex pariétal
Aires Iaires motrices:
Cortex frontal

Les aires primaires unimodales

Les aires IIaires
Aires IIaires sensorielles:
Vision - cortex occipital, pariétal et temporal
Audition - cortex temporal
Aires IIaires Somesthésiques:
Cortex pariétal
Aires IIaires motrices:
Cortex frontal
Aires associatives ?
Essentielles pour les fonctions cognitives.

Les aires corticales intégratives “cognitives"
Cartographie de Broca
Aires spécialisées dans certaines fonctions.
Aires de Broca: les aires du langage.

I.2. Développement évolutif
Évolution du cerveau chez les mammifères:
Augmentation du volume
Augmentation des aires associatives

Évolution du cortex associatif
Plissement du cortex, gyrencéphale

Comparaison des aires de Broca : Humain – Macaque rhésus
Petrides & Pandya, PLoS Biology, 2009

Évolution du paléocotex
Cortex piriforme, rhino-temporal, système limbique
Hippocampe

Développement du néocortex
chimpanzé
Homme
Néocortex: développement de 6 couches
Augmentation du nombre de connexions.

I.3. Structure et organisation du cortex
Nombreuses connections
Programmation génétique
Plasticité synaptique
Développement des aires associatives

Les neurones pyramidaux
Plus de mille de contacts synaptiques/neurone : 10 14 synapses

Connexions du cortex avec les
noyaux sous-corticaux
Boucles thalamo-corticales

Connexions entre cortex et structures
sous-corticales
Connections entre cortex et hippocampe: dans les
processus de mémoire spatiale
Connections avec le striatum et la thalamus dans la
mémoire implicite ou motrice
Connections entre cortex et amygdale: dans le
contrôle des émotions comme la peur

Les aires associatives
- Contacts avec les aires I aires
et avec d’autres structures
-Possibilitéde nombreuses associations
-Diversitédes associations
-Multiplicitédes associations
- Intervalle de temps, facteur de coïncidence
-Modularitéet complémentarité

Exemple de fonction associative:
le conditionnement
Les expériences de Pavlov
Si destruction du cortex associatif:
pas de conditionnement
Association de stimuli physiologiques corrects:
l’association de salade et de lumière ne fait pas
saliver le chien.

I.4. Les outils d’investigations
•Anatomie : lésions cérébrales, coloration,
immunocytochimie, marqueurs spécifiques….
•Imagerie cérébrale
•EEG, électrophysiologie
•Biologie moléculaire
•Études génétiques, génomiques
• Études comportementales
•Analyses informatiques

L’imagerie cérébrale fonctionnelle
Relation entre des localisations
anatomiques et l’activité cérébrale.
Mesure indirecte de l’activité cérébrale en relation
avec le débit sanguin ou la consommation
d’oxygène par des traceurs.

Tomographie à émission de positrons.
PET-scan
Modifications du débit sanguin avec un traceur radioactif.

Imagerie par résonance
magnétique fonctionnelle
fRMI
Hémisphère gauche
Lobe pariétal
actif durant des tâches
de reconnaissance
Modifications de l’oxygénation (afflux de sang oxygéné).
Résolution temps (s)/lieu (mm)

Sommaire
I. Cortex Associatif
1. Localisation anatomique des aires corticales
2. Développement évolutif
3. Structure et organisation du cortex associatif
4. Les outils d’investigation
II. Les informations visuelles et intégration de l’espace
1. Les aires corticales visuelles
2. Intégration visuelle primaire
3. Intégration visuelle IIaire
4. Intégration associative visuelle
III. Les informations auditives et langage
1. Le cortex auditif
2. Le cortex auditif IIaire
3. L’aire de Wernicke
4. Les aphasies de compréhension
IV. Cortex frontal et comportement
1. Mémoire de travail et apprentissage
2. Le comportement moteur
3. L’aire de Broca
4. Le comportement social

Activité visuelle en PET

II. Les aires associatives visuelles
Transmission et intégration des infos visuelles

II.2. Intégration visuelle primaire
Cortex strié Aire Iaire V1 :
Colonnes d’orientation et de dominance oculaire
de Hubel et Wiesel
Discrimination des bords de contraste orientés
Acuité visuelle, discrimination spatiale
Orientation du stimulus
Vision des formes

Cortex visuel extra-strié
Cortex extra-strié occipital Aires IIaire :
aire V2, vision des couleurs
aire V3, vision du mouvement
Cortex temporal et pariétal
V4 (couleur), MT & V5 (sens du déplacement)
Perception spatiale et globale d’un ensemble d’éléments
Unification des informations

II.4. Intégration associative visuelle
Différents niveaux d’intégration
-1- perception neuro-sensorielle
-2- perception des formes en 2D
-3- construction abstraite en 3D
-4- perception cognitive
Reconstruction des images
Stimulation sensorielle
Relief
Perspective
Reconnaissance d’un objet
Analyse d’un visage

Modification des réseaux de neurone
Réorganisation des informations, implication mnésique

Intégration cognitive
Cognition
Donner du sens à ce qui est vu
Utiliser la mémoire, et mémoriser
Programmer une action
Apprentissage de la lecture
Association de lettres alphabétiques avec la vision
Mais aussi avec des sons,
De plus le sens tactile
facilite l’apprentissage de la lecture.

Sommaire
I. Cortex Associatif
1. Localisation anatomique des aires corticales
2. Développement évolutif
3. Structure et organisation du cortex associatif
4. Les outils d’investigation
II. Les informations visuelles et intégration de l’espace
1. Les aires corticales visuelles
2. Intégration visuelle primaire
3. Intégration visuelle IIaire
4. Intégration associative visuelle
III. Les informations auditives et langage
1. Le cortex auditif
2. Le cortex auditif IIaire
3. L’aire de Wernicke
4. Les aphasies de compréhension
IV. Cortex frontal et comportement
1. Mémoire de travail et apprentissage
2. Le comportement moteur
3. L’aire de Broca
4. Le comportement social

Activation fonctionnelle sélective
Différence d’activité cérébrale entre mots vus et entendus

Rappel : Les ondes sonores
Le son résulte d’une vibration de particules sous l’effet d’un mouvement
provenant d’une source.
Un son est une onde de pression qui n’est supporté que par un milieu
matériel. Dans le vide, l’onde ne peut se propager, il n’y a pas de son.
La vitesse du son:
dans l’air 340 m/s soit environ 1224 km/h
dans l’eau 1500 m/s
dans les solides cuivre, fer, aluminium 5000 à 6000 m/s

Les fréquences sonores
L’onde sonore se caractérise par sa fréquence,
soit le nombre de vibrations par seconde
L’oreille humaine perçoit des fréquences de 20 à 20 000 Hz.
Les dauphins, les chauve-souris perçoivent les ultra-sons (>20 000 Hz).
Les éléphants entendent des infra-sons (< 20 Hz).
Un audiogramme : mesure de l’acuité auditive, indiquant la
fréquence perçue en fonction de l’intensité.

Son aigu/son grave
son aigu
son grave
sons fort

L’intensité du son
Décibel : 1/10du bel échelle d’intensité sonore
Pièce calme : 20 dB
Conversation à voix basse : 3. dB
Sonnerie de téléphone : 70 dB
Camion : 90 dB
Marteau piqueur : 110 dB
Concert Rock : 120 dB
Avion à réaction : 130 dB
Perception agréable
Perception douloureuse
Perte de l’audition

Un son pur
Un son pur est caractérisé par une fréquence unique et une
amplitude.
Dans la nature, il y a rarement un son pur, mais plus
souvent un mélange de fréquences.
Un son est la résultante de sons simples qui le composent.

La musique
La musique formée de milliers de notes est définie par
les paramètres de fréquences et d’intensité mais aussi
par son rythme, sa mélodie, la tonalité, le timbre et la
structure des instruments de musique.

Le bruit
Ensemble de sons perçu négativement.
Il constitue des nuisances ou pollution sonore.
Lutte anti-bruit : interférences destructives, absorption acoustique
active, car 2 sons d’une même fréquence s’annulent lorsqu’ils sont
en opposition de phase.

Sons purs, musicaux et bruits
Son pur : la vibration est caractérisée par une
seule fréquence.
(p=période, t=temps, i=intensité)
Son musical : àla même fréquence
fondamentale que le son pur ci-dessus
s'ajoutent des harmoniques (fréquences plus
aiguës, multiples entiers de la fréquence
fondamentale) qui caractérisent le timbre de
l'instrument ou de la voix.
(p=période, t=temps, i=intensité)
Bruit : pas de fréquence caractéristique.
( t=temps, i=intensité)
Site web: www.iurc.montp.inserm.fr/cric/audition

L’oreille humaine
L'oreille externe (E), moyenne (M) et interne (I) chez l'homme
Site web: www.iurc.montp.inserm.fr/cric/audition

Transmission des messages sensoriels
VIII
Oreille interne
Noyaux, centre intégrateur
Cellules sensorielles ciliées
Synapse
glu
Neurones primaires afférents
Neurones secondaires afférents
Synapse
glu

Les voies des messages auditifs
Noyaux cochléaires (Pont)
Colliculus inf (Mésencéphale)
Thalamus (Diencéphale)
Cortex auditif (Lobe temporal)

III.1. Le cortex auditif Iaire

Le cortex auditif Iaire
Discrimination des sons
Intégration des stimuli dans le cortex auditif I aire A1 :
Sélectivité pour une combinaison de fréquences
pour des intervalles de temps spécifiques entre 2 fréquences.
Plasticité corticale
Déficit visuel : augmentation de la discrimination auditive
et de la discrimination tactile

III.2. Cortex auditif associatif
Cortex auditif II aire autour de l’aire I aire
Cortex auditif associatif,
Aire temporale de Wernicke:
Séparation des phonèmes, donner du sens aux sons
Compréhension de mots, de la syntaxe, de la sémantique.
Compréhension de la langue.
Propriétés temporelles complexes : la musique
Associer les intonations du langage oral avec les émotions.

III.3. L’aire de Wernicke

Compréhension du langage
Compréhension des mots
Identification
Signification,
Mémorisation
Sémantique
Syntaxe, phrase
Hémisphère gauche (95%)

Fonctionnement modulaires
L’aire de Wernicke assure le décodage des mots entendus.
Dans le lobe temporal peut être subdivisé en
différents parties qui sont impliquées dans
des registres spécifiques:
le lobe antérieur mémorise et
restitue le nom des personnes,
Le lobe médian mémorise et restitue
le noms d’êtres vivants (animaux, plantes…),
Le lobe postérieur est impliqué dans
la reconnaissance des objets (instruments
de musique, outils…)
La partie antérieure interne est impliquées dans la
reconnaissance visuelle des visages.

Musique et émotions
Latéralité fonctionnelle
Perception musicale
mélodie
rythme
intensité
Émotions
Intentionnalité
rythme
intensité

Sommaire
I. Cortex Associatif
1. Localisation anatomique des aires corticales
2. Développement évolutif
3. Structure et organisation du cortex associatif
4. Les outils d’investigation
II. Les informations visuelles et intégration de l’espace
1. Les aires corticales visuelles
2. Intégration visuelle primaire
3. Intégration visuelle IIaire
4. Intégration associative visuelle
III. Les informations auditives et langage
1. Le cortex auditif
2. Le cortex auditif IIaire
3. L’aire de Wernicke
4. Les aphasies de compréhension
IV. Cortex frontal et comportement
1. Mémoire de travail et apprentissage
2. Le comportement moteur
3. L’aire de Broca
4. Le comportement social

IV- Le cortex frontal et comportement

Fonctions du cortex frontal
La programmation de séquences motrices
Interaction vision - motricité:
Joueur de tennis
Jongleur
Programmation d’une séquence de mouvements
La motricité fine:
La main
La parole

IV.1. Mémoire de travail et apprentissage
Le cortex frontal associe des informations
perceptives complexes issues des cortex
sensoriels et moteurs, ainsi que des cortex
associatifs pariétaux et temporaux.
Son activité d’évaluation des relations de l’individu avec
son environnement, lui permet de planifier un
comportement complexe et adapté à une situation.
Utilisation des informations antérieures
pour guider son comportement.
Ceci dans un cadre temporel, spatial et social.

IV.2. le comportement moteur

IV.2. le comportement moteur
Intégration polymodale des informations sensorielles
Planification des séquences motrices
Fuster 2001

Fuster 2001

Fonction du cortex frontal, suite
Les fonctions cognitives
•La mémoire de travail
•La concentration, l’attention
•Le raisonnement
•L’abstraction
•La programmation
•Le comportement intentionnel
•La prise de décision
•Le langage, communication et pensée
•Anticipation comportementale et événementielle
•Le comportement social

Mimétisme, mode d’apprentissage
Les neurones miroirs et apprentissage
Giacomo RIZZOLATTI, université de Parme
Dans le cortex pré-moteur ventral chez le macaque :
Neurones actifs quand l’animal agit ou quand il voit
l’action.
Enregistrements électrophysiologiques
Activité homologue chez l’homme
IRMf
Neurones impliqués dans la compréhension de l’action;
Dans l’apprentissage;
Dans les gestes qui accompagnent la parole;
Peut-être dans l’autisme.

Latéralisation cérébrale
Hémisphère Gauche:
Compréhension du langage parlé
Raisonnement logique
Motricité de la partie droite du corps
Hémisphère Droit:
Perception de la musique
perception émotionnelle
Contrôle visuo-spatial
Motricité de la partie gauche du corps

Conclusion
Créations de nouvelles associations uniques
pour un individu.
Processus de base de la vie mentale:
penser, lire, parler, reconnaître, se souvenir….
Développement des capacités d’apprentissage.
Processus de créativité, degrés de liberté….