Epistémologie en Neurosciences et en Neuropsychologie








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Epistémologie en psychologie clinique et de la santé

Epistémologie en Neurosciences et en Neuropsychologie

Ex : Phineas Gage. Est-ce que dès l’observation vérifiée au niveau clinique. Dans quelles mesures peut-on étendre la neuro-imagerie ? Si une lésion interrompt ce réseau il est difficile d’attribuer une fonction à une zone précise car elle est associée à tout un réseau. On ne peut pas automatiquement appliquer un lien entre une lésion et une fonction.

1.1. Historique des relations entre cerveau et fonctions mentales

  1. Les humeurs du cerveau : Hippocrate

« C’est par là que nous pensons, comprenons, voyons, entendons, que nous connaissons le laid et le beau, le mal et le bien…, que nous sommes fous, que nous délirons.. » Situe les fonctions mentales normales et patho du cerveau

  • 1ère évocation du rôle du cerveau dans les fonctions cognitives.



  1. Pline l’ancien :

« Rien n’est plus fragile en l’homme : les maladies, une chute, même une simple frayeur peuvent lui porter atteinte, soit partiellement, soit totalement.

Frappé par une pierre, un homme perdit la mémoire des lettres ; tombé du haut d’un toit très élevé, un autre ne reconnut plus, ni sa mère, ni ses alliés, ni ses proches ; un autre ne reconnut plus ses esclaves pendant une maladie.

  • 1 ère évocation d’un syndrome patho de la mémoire qui s’apparente à un trouble neuropsychologique.



  1. Galien : Le cerveau , siège du «  pneuma psychique »

« Le cerveau «  âme raisonnante », perçoit les sensations et commande les mouvements par l’intermédiaire d’un souffle qui passe des poumons au cœur puis au cerveau par l’intermédiaire du sang (appelé  « pneuma psychique) »

  • Moyen âge : La « doctrine cellulaire » de l’Eglise

A la suite de la décadence de l’empire Occident, l’Eglise domine toute vie intellectuelle.

Sa doctrine cellulaire dogmatique situe de manière purement spéculative :

  • L’âme au niveau du cœur 

  • Les facultés psychiques dans les ventricules du cerveau

Schéma des 4 cavités reliées par des canaux dans lesquelles circule le liquide céphalo rachidien

  • La Renaissance

Malgré les soucis d’exactitude anatomique de Vinci ou Vesale : la théorie cellulaire résista un certain temps.

17è siècle : Descartes : Théorie des «  esprits animaux »

Le corps relève de la mécanique (théorie des animaux machines)

Il est séparé de l’âme (la pensée) qui se trouve dans l’épiphyse (glande dans le cerveau) qui distribue les esprits animaux dans la mécanique.

  • Réactions au dualisme : - Le monisme spiritualiste

Spinoza ( 17è s) : le mental et le physique ne sont que des aspects d’une même réalité, d’une même substance : Dieu.

Leibnitz : ( 17/18è s) : esprit et corps fonctionnent en parallèle, comme deux horloges synchronisées ; harmonie préétablie au moment de la création par Dieu.

  • Empirisme

  • Hobbes ( 16/17è s) : toute connaissance vient de l’extérieur, il n’existe pas d’idée innées ( autre ex la tabula rasa)

  • Locke : (17/18è s) : Les idées résultent des sensations que nous éprouvons, se combinent entre elles par un mécanisme d’association.

  • Hume ( 18è s) explicite les lois de l’association : contiguïté ( spatiale/ temporelle), ressemblance, relation de cause à effet.



  • Le Monisme matérialiste

Il n’existe qu’une seule substance, la matière.

  • Diderot, l’homme machine : l’âme à une étendue, elle est matérielle.

  • Gall (1758/1828) et la phrénologie

  • Changeux l’homme neuronal (1987)

1.2. La phrénologie ou cranioscopie de Gall (1800)

Vise à déterminer les fonctions du cerveau en général et de ses diverses parties en particulier.

La morphologie du crâne refléterait nos « dispositions » (instincts et facultés intellectuelles)

Au départ, Gall aurait été frappé par la proéminence des yeux des étudiants qui avaient une excellente mémoire.

  • Organe de la mémoire situé en arrière des yeux

  • Il découvre 27 organes (autant que de dispositions)

La doctrine (le Traité de phrénologie, 1837)

Les dispositions sont innées (1er principe), distinctes (3ème principe), ont leur siège dans des parties distinctes du cerveau (4ème principe) et peuvent être repérées par palpation du crâne (protubérances et dépressions)

Carte des protubérances : bosse des maths

Disposition de l’amour physique, de l’amitié, de la ruse, de la finesse, de la prévoyance, de l’esprit métaphysique..

Cette théorie à eu un impact très important dans le domaine médical.

1.3 Les premiers travaux sur les troubles du langage : approche anatomo-fonctionnelle.

1861 : Paul Broca présente à l’académie des Sciences le 1er cas d’aphasie motrice : le patient LeBorgne, atteint d’une lésion dans le cortex frontal inférieur gauche, ne pouvait prononcer qu’une seule syllabe tout en comprenant tout ce qu’on lui disait.

La plupart des chercheurs de l’époque pensait que le cerveau était un tout ans lequel il n’y avait qu’une seule fonction donc sa théorie n’a pas été très bien accueilli à l’époque.

Après étude d’autres cas semblables il déclare : «  Nous parlons avec l’hémisphère gauche »

1er fois qu’une région cérébrale est reliée à une fonction précise.

1874 : Carl Wernicke révèle que le lobe temporal gauche est impliqué dans la compréhension du langage.

Ces observations, maintes fois confirmées, démontrent l’existence dans l’hémisphère gauche, d’une boucle neurale impliquée dans le langage.

Grâce à cette approche et les études de cas> établissement de la 1ère carte corticale. Korbinian Brodman (1909) établit une cartographie corticale de 52 aires pour lesquelles on trouve une assez bonne concordance fonctionnelle (toujours utilisée). Description anatomique fine non une description fonctionnelle. L’approche anatomo-fonctionnelle est à l’origine de la neuropsychologie cognitive. Nombreux savants ont contribué à réfléchir sur les différents rôles du cerveau.

2.1 Définition, objectifs, démarche

DEF : Hécaen et al 1983)

« La discipline qui traite des fonctions mentales supérieures dans leur rapport avec les autres structures cérébrales. »

Obj :

  • localiser des modules fonctionnels et des opérations de traitements (et non plus des fonctions).

  • Comprendre le fonctionnement cognitif normal à partir des dysfonctionnements cognitifs consécutifs à une lésion cérébrale.

Démarche :

  • Appliquer les modèles cognitivistes (computationnel) aux perturbations de patients cérébro-lésés afin de les éprouver affiner ou complexifier.

  • En se basant sur l’approche anatomo-fonctionnelle initiée par Broca ( données cliniques, techniques, chirurgicales, neuro-images)

2.2. Principaux postulats de la neuropsychologie

Principe de la modularité : (modularité de l’esprit, Fodor, 1933)

  • Le cerveau humain ne fonctionne pas comme un tout, mais est composé de petits programmes spécialisés réalisée par des aires spécifiques et différentes.

  • Chaque programme ou module est décomposable en sous-modules inconscients qui traitent séparément :

  • Formes couleur, mouvements… dans la perception visuelle

  • Grammaire, sémantique, syntaxe, phonétique… dans le langage.



  • Un «  système central », non spécialisé et conscient, coordonne les modules entre eux, intègre les opérations entre elles.

  • En résumé : chaque module est spécifique à une fonction ; son fonctionnement est autonome, rapide et inconscient ; il possède une localisation neuronale propre. Les fonctions sont intégrées par un système central inconscient.

  • La modularité n’est pas massive, seule une partie de nos aptitudes cognitives fonctionnent selon ce principe. Certains processus supérieurs pourraient ne pas fonctionner ainsi (notamment le raisonnement)

  • Réhabilite la théorie de GALL.

Principe de fractionnement : Une lésion cérébrale peut entrainer la perturbation d’un seul module.

Principe de transparence : les performances d’un patient cérébro-lésé peuvent être interprétées comme la résultante d’un système de traitement normal amputé d’un ou plusieurs modules.

  • Cela nécessite une connaissance approfondie en neurobiologie : relation d’une structure avec d’autres structures cérébrales et de ses caractéristiques fonctionnelles :

    • Neurophysiologie et électrophysiologie animale. (caractéristiques fonctionnelles des caractéristiques des neurones de cette région).

    • Imagerie cérébrale fonctionnelle chez le sujet sain.

    • Neuropsychologie lésionnelle (humaine ou animale)

Illustration du concept de modularité ( sur iris)

Modularité est l’idée de base en psycho. + Postulat de fractionnement+ principe de transparence.

Illustration : les troubles spécifiques d’apprentissage de la lecture (Habib, service de neurologie, CHU, Marseille)

  • La conception des troubles spécifiques d’apprentissage (TSA spécific learning disorder ») repose sur une organisation modulaire de la cognition (Fodor, 1983)

  • Remarque : Les modules sont globalement moins bien différenciés et moins précis dans leur relation réciproques sur le cerveau en voir de maturation et ce d’autant plus que l’enfant est jeune.

  • Malgré cette restriction, le caractère inné

Schéma explicatif autour de la dyslexie

Le terme «  spécifique renvoie à l’absence de déficit intellectuel t.q mesurable par les méthodes classiques d’évaluation du QI.

2.3 La neuropsychologie utilise une méthodologie précise

  • Recherche d’associations de symptômes pour définir les modules

  • Recherche de dissociations (Teuber, 1955) : attribuer des rôles fonctionnels à différents modules ( c.f postulat de fractionnement)

    • Un patient ayant une lésion cérébrale de l’aire X réussit bien une tache A mais non pas une tache B

  • Dissociation entre modules A et B (aires cérébrales différentes)

Cela ne suffit pas pour montrer que par ex la tache de lecture A et l’écriture B font partie de 2 zones du cerveau (modules) différentes.

  • Si un autre patient ayant une lésion de la structure Y, réussit la tache B mais non la tache A.

  • Double dissociation démontre que les modules A et B sont distincts. ( Shallice, 1995 : Dissociation forte ..

3/La neuro-imagerie fonctionnelle.

Le projet » d’une cadre fonctionnelle du cortex cérébral établie par un système de mesure appliquée de l’extérieur était une idée très moderne… cela reste une partie importante du projet actuel de l’imagerie cérébrale fonctionnelle. On doit à Gall d’avoir donné le coup d’envoi du débat sur les localisations cérébrales » (Houdé, 2002)

Les techniques reposent sur la mise en relation d’un comportement (activité cognitive) avec une activité cérébrale.

  • La référence au cerveau se fait par une activité cérébrale et non pas par une structure, une anatomie.

Approche étroitement liée à l’évolution des techniques de neuro-imagerie.

3.1. Technique de neuro-imagerie, invasive et non invasives

Ces techniques diffèrent par leurs caractéristiques spatiales et temporelles : ordre de grandeur et précision des mesures.

Chacune de ces techniques décrit avec précision spatiale l’activité cérébrale : résolution spatiale.

EEG et MEG sont les moins invasifs. IRM et TEP sont un peu plus invasives car elles nécessitent l’injection de substance. Lésions, microlésions et microscopie sont utilisées sur l’animal car elles sont invasives.

Microscopie invasive chez l’animal.

Illustration :

Injection d’un produit radioactif pour observer les zones cérébrales. Aires visuelles activées lors d’une stimulation visuelle chez le rat (marquage au dsoxyglucose). A la fin l’animal est sacrifié pour pouvoir faire des coupes de son cerveau.

Electrophysiologie intracellulaire invasive

Illustration : plasticité cérébrale (PLT) dans l’hippocampe de rat.

Illustration : Stéréo-electro-encéphalographie chez l’homme.

En vue d’une intervention chirurgicale lors d’une épilepsie pharmaco-résistante, implant d’électrodes pour localiser le foyer épileptique. Aussi utilisé dans la maladie de Parkinson.

On fait descendre des électrodes dans une région précise. Utilisée dans la découverte de la stratégie chirurgicale de l’épilepsie.

Techniques électrophysiologiques et métaboliques non invasives

Electroencéphalographie ( EEG) à la surface du crâne. Enregistre l’activité électrique du cortex. La méthode de pose d’électrode est la même pour tous les chercheurs du monde. (Peut y avoir jusqu’à 125 électrodes). Du coup très grosse banque de données.

Magnéto-encéphalographie (MEG). A la surface du crâne.

Les capteurs sont immergés dans l’hélium liquide à l’intérieur du récipient en forme de casque et placés sur la tête du sujet pour capter les champs magnétiques qui accompagnent les champs électriques. Se fait dans une pièce isolée des champs magnétiques terrestres.

Illustration MEG : Potentiels évoqués magnétiques du cerveau d’un sujet qui :

  • Observe des mouvements des lèvres sur des images (ligne pointillée)

  • Imite ces mouvements des lèvres (ligne continue)

Imagerie par résonnance magnétique ( IRMf, Cage à Faraday car émission d’un champs magnétique) et tomographie par émission de positons ( TEP, injection/inhalation d’un radio-traceur).

IRMf : Détection des variations locales et transitoire de la quantité d’O2 en fonction de l’activité neuronale (à partir de l’hémoglobine oxygénée repérée par ses propriétés magnétiques.) Détecte les variations de la quantité d’oxygène de manière transitoire. Détecte l’hémoglobine oxygénée plutôt que celle non oxygénée. Hémoglobine est le transporteur d’O2. Cette technique est plus utilisée en recherche. Toute personne porteuse d’un implant métallique, piercing. Ne peut faire appel à cette méthode.

En IRM : mesure de l’effet Bold= Blood Oxygen Level Dependent= dépendant du niveau d’oxygène sanguin. Vasodilation des petits capillaires sanguins.

Le sang apportant plus d’oxygène que le neurone n’en consomme, il en résulte un déséquilibre entre les concentrations d’oxyhémoglobine..

Illustration IRM f : 3 vastes réseaux assurent différents aspects du langage : sémantique, phonologique, syntaxe.

Illustration TEP : activation cérébrale comparée pour 5 taches cognitives. ( paradigme de soustraction) On ne repère pas un produit présent spontanément dans le corps humain mais un produit radioactif.

Que mesurent les techniques electro-physiologiques et métaboliques ?

  • EEG, MEG (t. electro physiologiques) : mesure de phénomènes électriques en temps réel au niveau des neurones.

  • TEP, IRMf (t. métaboliques) : mesure de la distribution d’éléments chimiques au niveau du sang.

Les techniques métaboliques s’appuient sur des modèles physiques/mathématiques : on « fabrique » des images de l’activité fonctionnelle cérébrale.

=> Données indirectes du fonctionnement cérébral.
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