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La ou les mémoire(s) et les troubles dapprentissage Une approche neuropsychologique M. Habib & B. Joly-Pottuz CHU de Marseille.

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1 La ou les mémoire(s) et les troubles dapprentissage Une approche neuropsychologique M. Habib & B. Joly-Pottuz CHU de Marseille

2 Lhippocampe: Former des souvenirs (et les consolider) Lamygdala : La « rencontre des souvenirs et du désir » Le striatum (ganglions de la base) Mémoire « procédurale » Le cervelet : automatisation et apprentissage

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4 Noyau amygdalien Formation hippocampique fornix Noyaux septaux Basal forebrain Cavités ventriculaires Tubercule mamillaire Anatomie de la mémoire Le système central : circuit de Papez et amygdala

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6 La mémoire des événements Mémoire épisodique

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10 Lhippocampe sactive lorsquon demande à une personne de se rappeler des souvenirs épisodiques personnels Il sactive seulement du côté droit lorsque la personne doit se rappeler un parcours ou évoquer un chemin familier

11 Habib & Sirigu, 1987 « Pure topographical disorientation »

12 Aguirre et al., 1998 : Imagerie fonctionnelle du cerveau lors de lapprentissage dun espace virtuel

13 Présentation des 24 figures géométriques

14 1. Robert a une grande famille, une femme et quatre enfants. 2. La femme de Robert souhaite changer de voiture 3. Robert est heureux ; cétait 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 denfance 7. Robert doit attendre un peu, car il y a beaucoup de clients 8. Le garagiste est bavard et aujourdhui malheureux. 9. En effet il na plus de voiture a vendre. 10. Mais Robert remarque dans un coin une voiture rouge 11. Le garagiste lui explique quil a oublié cette voiture. 12. Tout simplement parce quelle tombe toujours en panne

15 Présentation de la figure géométrique complexe

16 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

17 La ou les mémoire(s) : modèle dAtkinson et Shiffrin (1968) Mémoire sensorielle (qques millisecondes) Mémoire à court terme (quelques secondes) Mémoire à long terme (depuis qques secondes jusquà toute la vie)

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19 Apprentissage dune liste : effet de récence et de primauté

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21 Mémoires : des modules séparables Mémoire sensorielle (iconique, échoïque Mémoire à court terme (verbale, non verbale) Mémoire à long terme déclarative Non déclarative épisodiquesémantique implicite Condition -nement procédurale

22 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 linformation 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 linformation : - la boucle phonologique - le registre visuo-spatial

23 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

24 Système Mnésique Visuel Auditif Administrateur Central Boucle phonologique Calepin visuo-spatial MLT MDT Stockage sensoriel Mémoire épisodique Mémoire sémantique Mémoire procédurale (schémas, routines…)

25 La mémoire du passé immédiat Mémoire à court terme

26 La mémoire de travail et ses 3 composantes Mémoire croquis visuo-spatiale Boucle articulatoire Processeur central

27 Le système phonologique dans le cerveau lobe pariétal inférieur : mémoire phonologique à court terme cortex temporal postérieur: discrimination phonétique Aire de Broca: - programmation articulatoire - traitement syntaxique - récapitulation phonologique

28 M F C H D FL MEMORY M F C H B Rhymes with D? L RHYMEPaulesu et al., 1996 delay no delay

29 Etude des composantes de la mémoire de travail phonologique (Paulesu et al., 1996) RHYMEMEMORY CONTROLS DYSLEXICS

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31 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 didentification

32 La boucle phonologique stockage temporaire de linformation verbale contient : -Un stock phonologique : réception directe de linformation verbale, stockée sous forme phonologique; maintien de brève durée (1.5 à 2 sec) - Un processus de récapitulation articulatoire (réintroduction de linformation dans le stock phonologique) : système dautorépétition mentale permettant de retenir, rafraîchir linformation

33 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

34 Effet de similarité phonologique Lempan (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 Leffet de similarité phonologique est un indice du fonctionnement normal du stock phonologique

35 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 seffacer avant que ces mots puissent être réintroduits dans le stock phonologique (via la récapitulation articulatoire) Lexistence dun effet de longueur atteste du bon fonctionnement de la récapitulation articulatoire

36 Effet de suppression articulatoire la répétition itérative dun 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 linformation 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)

37 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

38 Mémoire sémantique - répertoire des connaissances acquises de nature langagière, à un niveau tant phonologique que lexical ou conceptuel - contenu abstrait et rationnel - le rappel seffectue à partir des codes lexical et grammatico-syntaxique de la langue - évocation des caractéristiques associatives et fonctionnelles des mots

39 Mémoire procédurale - requise quand le sujet doit exécuter un geste complexe lors dune activité qui fait appel à des habiletés perceptivo-motrices et cognitives (faire du vélo, nager…) Lencodage, la consolidation et la récupération sont également évalués comme des fonctions indépendantes : Encodage : processus actif qui transforme les éléments dinformation 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 linformation contenue en MLT retourne en MCT pour devenir directement accessible

40 Le développement de la mémoire chez lenfant 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)

41 Olson et Strauss (1984) Il existe des formes de catégorisation dès lâge 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 linformation auditive Sensibilité aux effets de familiarité & de longueur entre les mots Chapeau, château, cadeau ???? Banane Téléphone Balançoire - Chat, Clef +

42 Enfants présentant des troubles du langage Efficience du système phonologique < capacités de compréhension & niveau dintelligence 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 dun double encodage : phono + visuo-spatial Maximisation de lempan

43 Maturation des fonctions pré-frontales dautorégulation (préado et adolescence) Utilisation maximale de ladministrateur 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

44 La trace mnésique Comment sont stockés et organisés les souvenirs

45 Diverses modifications synaptiques liées à lapprentissage

46 Laplysie : animal « vedette » de la mémoire Témoinhabituation à sensibilisation long terme à long terme

47 Fibres perforantes médiales Fibres perforantes latérales Gyrus dentatus Cellules hippocampiques Potentialisation à long terme (PLT) dans lhippocampe : un train de stimulations rapprochées(tétanisation) entraîne une modification durable de lactivité électrique dans le circuit Tps (mn)

48 « 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 Lhippocampe rejoue le film des événements de la journée Les aires visuelles passent en revue ce qui a été vu pendant la journée

49 Mémoire et lobes frontaux Indexation temporelle des souvenirs Évaluation de la réalité et fausses reconnaissances Qualité de lencodage Allocation de ressources attentionnelles Rôle séparé des deux hémisphères

50 Test dalternance retardée delayed alternation task

51 Lobe frontal et mémoire des épisodes : le modèle HERA (hemispheric encoding/retrieval asymmetry : Tulving, 1994) Encodage : Lobe frontal gauche Récupération : Lobe frontal droit

52 aire classique du langage aires de médiation cortex préfrontal inférieur (syntaxe, grammaire accès aux verbes) (processus instrumentaux) (accès "catégorie-spécifique" aux mots) noms propres éléments naturels objets couleurs

53 Mémoire sémantique : exemple de laccès aux noms propres (1) UNITE DE RECONNAISSANCE NŒUDS PROPOSITIONNELS Se lève tôt Vend des gâteaux Cuit le pain Pétrit la pâte NŒUD LEXICAL SYSTEME PHONOLOGIQUE SYLLABES Bou lan ger (directement activé par unités propositionnelles)

54 Noms propres : nœuds propositionnels et lexicaux ne sont plus connectés UNITE DE RECONNAISSANCE NŒUDS PROPOSITIONNELS Adore le bordeaux Parle six langues Fan de football Moine défroqué NŒUDS LEXICAUX SYSTEME PHONOLOGIQUE SYLLABES Boulan ger Jules Boulanger (individu) Anne Boulanger (individu) Jules Boulanger (nom) Anne

55 La mémoire des procédures et des automatismes Mémoire procédurale

56 (naïf) (entraîné) (nouvelle) Génération de verbes à partir dune liste de noms communs (Posner)

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58 Accroissement dactivité avec le conditionnement Striatum ventr.Thalamus ny rouge vermis antérieurVermis antérieur Aires corrélées avec les performances dans lapprentissage Cortex cérébell gauche hippocampe

59 Apprentissage dune procédure visuo-motrice (Doyon & Ungerleider, 2002) Le cervelet participe à lapprentissage 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

60 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?

61 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)

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66 40ms 10ms 40ms 750 Hz 500 Hz (90%) (10%)

67 Méthode : « Magnetic source imaging » 8 enfants dyslexiques testés avant et après 8 semaines dentraînement intensif phonologique et grapho-phoémique Enregistrements de lactivité cérébrale pendant une tâche de jugement de rimes sur des non-mots écrits

68 avtApr.

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71 Merzenich et al., 1996; Tallal et al., Science, 1996

72 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 dentraînement. Bilans avant, après et 7 mois après

73 Conscience phonologique : amélioration significative des deux groupes

74 Dictée : amélioration significative des deux groupes

75 Lecture : amélioration très significative du groupe visuel à 7 mois

76 Cz /fi/ ms Potentiels Evoqués moyens enregistrés sur lélectrode au vertex au cours de la perception du stimulus /fi/ (de durée moyenne ms.) Batty et al., 2001 témoins Dysl baseline Dysl post-training (phon) Dysl post-training (vis.) 8 semaines entraînement phono, puis 8 semaines visuel

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78 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

79 Phoneme mapping : controls>dyslexics Dyslexics : follow-up>initial Controls : follow-up

80 Morpheme mapping : controls>dyslexics Dyslexics : follow-up>initial Controls : follow-up

81 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

82 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

83 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

84 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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