Les neurones Miroirs : Constats et implications Les travaux de G. Rizzolatti et ses collaborateurs

Première démonstration

2 types de neurones miroirs

Le concept s’étoffe

Les régions impliqués STS (superior temporal sulcus) PF (inferior parietal lobule) F5 (ventral premotor cortex) almost all 2/3 none Visual system Motor system Amygdala

L’extension à l’homme Cortical Mechanisms of Human Imitation Science 24 December 1999: Vol. 286. no. 5449, pp. 2526 - 2528 DOI: 10.1126/science.286.5449.2526| Cortical Mechanisms of Human Imitation Marco Iacoboni, 1, 2* Roger P. Woods, 1, 3 Marcel Brass, 6 Harold Bekkering, 6 John C. Mazziotta, 1, 3, 4, 5 Giacomo Rizzolatti 7 Fig. 1. Sequence of pictures shown to participants for each of the three types of stimuli. The pictures do not show the participants' hands. Each trial in the sequence lasted 3 s. (A) Animated hand (only index finger trials are displayed). (B) Static hand (only middle finger trials are displayed). (C) Geometric figure (only index finger trials are displayed). The tasks were as follows. Observation conditions: (i) Action. An animated hand was displayed on the computer screen. The index or the middle finger of the animated hand was lifted at random. The instruction was to observe only. (ii) Static hand with a cross. A static hand was displayed on the screen, and a cross appeared on the index or the middle finger at random. The instruction was to observe only. (iii) Geometric figure. A gray rectangle was displayed, and a cross appeared on the left or right side of it at random. The instruction was to observe only. Observation-execution conditions: (i) Imitation. An animated hand was displayed on the computer screen. The index or the middle finger of the animated hand was lifted at random, and the instruction was to imitate the movement with the right hand. (ii) Symbolic instruction. A static hand was displayed on the screen, and a cross appeared on the index or the middle finger at random. The instruction was to lift the corresponding finger of the right hand in response to the cross. (iii) Spatial instruction on geometric figure. A gray rectangle was presented and a cross appeared on the left or right side of it at random. The instruction was to lift the right index finger if a left cross appeared and the right middle finger if a right cross appeared. Figure 2. Areas of significant signal intensity (in red) changes and relative time series. (Top) Activation and relative time series in the left frontal operculum. Talairach coordinates of peak (t = 5.86) activity: x =  50, y = 12, z = 12. Cluster size = 90 voxels. The left frontal area is presented in transverse, sagittal, and coronal views of the Talairach-compatible brain MR atlas (10). The time series is the average time series of all four runs in all 12 participants participating in the study. Thus, each data point in the displayed time series is the average of 48 data points. The order of tasks was counterbalanced across participants in the real experiment but is displayed as a fixed order in this figure. The time series is composed of seven rest periods alternating with six task periods. Each task period is divided by a vertical yellow line. The first three task periods correspond to the observation-execution tasks and the last three task periods correspond to the observation tasks. The small pictures on top of each task period represent the type of stimulus presented and are used here for display purpose only. The hand with the lifted finger corresponds to the animated hand [(A) of Fig. 1], the geometric figure corresponds to the geometric figure [(C) of Fig. 1], and the hand with the red cross on it corresponds to the static hand [(B) of Fig. 1]. In the real experiment, the cross was black and small and was located on the middle or index finger (Fig. 1). The values displayed in the time series are fMRI signal intensity values rescaled by the smoothing process. (Center) Activation and relative time series in the right anterior parietal region at the intersection between postcentral sulcus and intraparietal sulcus (indicated by the yellow arrow in the coronal view). Talairach coordinates of peak (t = 5.89) activity: x = 37, y =  40, z = 57. Cluster size = 137 voxels. (Bottom) Activation and relative time series in the right parietal operculum (indicated by the yellow arrow in the coronal view). Some activated voxels in the contralateral parietal operculum are also visible in the coronal view. Talairach coordinates of peak (t = 7.32) activity: x = 58, y =  24, z = 32. Cluster size = 108 voxels. Voxel size = 2 mm by 2 mm by 2 mm.

Une étude TMS Do You See What I Mean? Corticospinal Excitability During Observation of Culture-Specific Gestures Istvan Molnar-Szakacs1,2,3,4*, Allan D. Wu2,5, Francisco J. Robles2, Marco Iacoboni2,3,4,6 PLoS ONE (2007)2(7): e626. doi:10.1371/journal.pone.0000626 Est-ce que le système miroir peut être contexte (culture!) – dépendant ? Modulation des CSE (Excitabilité Cortico-spinal) par TMS haute-fréquence Les effets dépendent d’une interaction entre geste et culture.

La notion de résonance La reproduction d’un comportement observé 3 formes : Répétition automatique La répétition interne des actions observés Son rôle : reconnaître l’action observé Tentative d’atteindre un but observé Par une tentative d’imitation

Résonance de Type 1 Un individu reproduit (avec un petit délai) le comportement observé chez un autre Automatique – réflexive L’envol d’un groupe d’oiseaux, bâillement ou rire Pas besoin de compréhension – juste déclencheur Une implémentation pas système de résonance (neurones miroirs) serais très simple Cas pathologique : echopraxia Ce type de résonance serrait normalement inhibé Expérience : mesure de potentiels musculaires lors d’observation de mouvements Les muscles activés sont les mêmes que ceux observés L’utilité, ou rôle d’objets n’est pas pertinent

Résonance de Type 2 Activation de neurones qui codent actions, lors de l’observation de ce type d’action L’activation (dans neurones miroirs) ne produit PAS l’action lui-même La spécificité des neurones n’est pas uniquement en terme des muscles précis utilisés La prise de l’objet par la bouche à la place de la main peut induire une activité des neurones! C’est donc le « sens » de l’action qui induit l’activité Ces neurones représenterait la « compréhension des actions »

Comprendre les actions des autres Conditions : A: Objet montré, Main visible, Objet saisi B : Objet montré Main- Objet invisible C: Pas d’objet Main (mime) visible D: Pas d’objet « Interaction » invisible

Empathie

Intentions

Miroirs et Langage Le système miroir est un « grammaire pré-linguistique » de l’action L’action a une forme de grammaire Une étude de cas syntaxique : Prendre A(Agent objet) Un neurone miroir correspond à une instance d’une règle syntaxique : Comparable à : `John hit Mary with his hand' => `hit' (John, Mary, John's hand), F5  Aire de Broca De l’action au langage Comprendre une action implique activation de la résonance de production Action = gestes communicatives Gestes oro-faciales => individu cible Versus des attitudes et cries qui sont envers un publique large Communication oro-facial implique surtout le mouvement des machoires Les aires F5 et Broca permettent contrôle fines et séquencés de mouvements intentionnelles

L’évolution de l’homme MIRROR NEURONS and imitation learning as the driving force behind "the great leap forward" in human evolution By V.S. Ramachandran (http://www.edge.org/3rd_culture/ramachandran/ramachandran_p1.html ) Le cerveau humain avait atteint sa taille et forme actuelle, il y a 250K ans Mais, beaucoup des aspects « humains » ont apparu beaucoup plus tard ! Par contre les outils apparaissait avec un cerveau bien plus petit et primitif Le bond évolutionnaire humain date d’environs 40K années Sédentaires Sophistication technologique Art rupestre D’où vient le langage ? Apparition ex nihilo (Chomsky) ? Evolution depuis une forme gesturelle plus primitive ? La compréhension des autres, dépend-il d’un système de « théorie de l’esprit » cérébrale ? Le bond serrait permit par des évenement fortuites, mais EXPLOITES grace à l’existence du système miroir! Les neurones mirroirs sont NECESSAIRES, mais pas SUFFISANTS pour le déclic qui a décleché l’évolution de l’homme (sinon, pourquoi les autres singes ayant les neurones mirroirs, ne serraient-ils pas comme nous?

Nature Neuroscience 9, 28 - 30 (2005) Understanding emotions in others: mirror neuron dysfunction in children with autism spectrum disorders Mirella Dapretto1, 2, Mari S Davies3, Jennifer H Pfeifer3, Ashley A Scott1, Marian Sigman2, 3, Susan Y Bookheimer1, 2 & Marco Iacoboni1, 2 Autisme