Un réseau pariéto-frontal droit dédié au traitement de l’espace. Bartolomeo, P. Actualités en Neurologie, 2006.
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Un réseau pariéto-frontal droit dédié au traitement de l’espace C’est sans effort apparent que nous pouvons explorer notre bureau à la recherche d’un stylo ou lire ce texte. Cela pourrait nous donner l’impression que les mécanismes cérébraux que nous utilisons pour percevoir la multitude d’objets situés dans notre espace visuel ou pour agir sur eux sont relativement simples. Cette impression est illusoire, comme le montrent d’une part les problèmes rencontrés par ceux qui essayent de simuler ces fonctions chez des robots, et d’autre part la complexité d’architecture fonctionnelle des aires visuelles dans le cerveau. Les troubles rencontrés dans la pathologie cérébrale montrent la variété des fonctions et des mécanismes qui sont impliqués dans ces fonctions visuelles « de haut niveau » (par opposition aux processus plus « élémentaires » assumés par les étapes d’élaboration visuelle qui vont de la rétine aux aires visuelles primaires). Certains patients porteurs d’une lésion cérébrale n’arrivent pas à trouver leur stylo s’il est à gauche d’une tasse, bien que leur champ visuel puisse être intact. Environ la moitié des patients porteurs d’une lésion hémisphérique droite, soit plusieurs milliers de cas par an en France, souffre de ce trouble, appelé négligence spatiale unilatérale. Ces patients se comportent comme si la moitié gauche du monde n’existait plus (Fig. 1). Fig. 1. Copie d’un dessin et bissection d’une ligne par un patient présentant une négligence gauche Sur le plan de la santé publique la négligence pose des problèmes importants, du fait qu’elle aggrave le handicap en gênant la rééducation motrice (1). La compréhension des mécanismes de la négligence est importante pour fournir aux cliniciens des outils adaptés au diagnostic et au traitement (rééducation). La recherche sur la négligence peut en outre contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes cérébraux du traitement de l’espace et des corrélats neuronaux de la conscience perceptive. Il faut cependant remarquer que l’étude de la négligence spatiale unilatérale est l’un des domaines les plus controversés en neurosciences cognitives, car il n’existe pas de consensus parmi les chercheurs sur les mécanismes de ce syndrome, ni même sur la localisation anatomique des lésions pouvant provoquer une négligence. Après avoir testé différentes hypothèses sur l’origine fonctionnelle des signes de négligence, les résultats de nos travaux ont conclu à une association de déficits attentionnels qui interviennent selon une séquence temporelle spécifique : une attraction « automatique » de l’attention vers la droite suivie d’une difficulté de réorientation vers la gauche (2). L'attention spatiale s’oriente grâce à deux systèmes : le système d’orientation endogène, volontaire et le système de capture exogène, automatique de l’attention. Nos travaux ont démontré que l’orientation exogène est spécialement atteinte dans la négligence gauche, alors que l’orientation endogène est relativement épargnée, mais ralentie (3). Un défi important consiste maintenant à lier les déficits fonctionnels des patients négligents à leurs bases neurales spécifiques. Notre hypothèse d’une atteinte prédominante de l’orientation exogène de l’attention est cohérente avec les résultats de la neuroimagerie fonctionnelle, qui montrent une implication de la jonction temporo-pariétale droite, avec le cortex frontal inférieur, dans la capture exogène de l’attention par un stimulus visuel (4). La jonction temporo-pariétale droite semble effectivement être la localisation lésionnelle typique de la négligence gauche (5). Toutefois, d’autres auteurs, en faisant référence à la distinction entre voie visuelle corticale occipito-pariétale, dédiée aux mouvements pour atteindre un objet visuel, et voie occipito-temporale, utilisée pour l’identification perceptive des objets, font la prédiction que la négligence gauche devrait plutôt résulter d’une atteinte de la voie occipito-temporale, car les mouvements de saisie des objets peuvent être normaux chez ces patients (6). En accord avec cette prédiction, une étude récente a indiqué le gyrus temporal supérieur droit comme base lésionnelle de la négligence (du moins chez les patients n’ayant pas de déficit de champ visuel associé) (7) (Fig. 2). Fig. 2. Lésions critiques donnant lieu à une négligence selon Vallar (5) (en pointillé) et selon Karnath et al. (7) (en blanc) Les lésions des voies de communications entre différentes zones corticales ont reçu moins d’attention (8), bien que la complexité des signes de négligence suggère qu’il s’agit d’une pathologie de réseau plutôt que d’un dysfonctionnement d’une région corticale unique (9). Jusqu’à présent, la méthode anatomo-clinique utilisée pour identifier les lésions donnant lieu à un déficit cognitif était la superposition de lésions vasculaires de plusieurs patients. Cette approche fournit une résolution spatiale assez grossière ; de plus, elle risque de mettre en évidence les territoires d’irroration vasculaire plutôt que les régions importantes d’un point de vue fonctionnel (10). Nous avons récemment pu utiliser une méthode avec une résolution spatio-temporelle bien supérieure. Nous avons testé des patients pendant l’ablation chirurgicale de gliomes cérébraux de bas grade (11). Pour éviter des séquelles cognitives lors de l’ablation de ces tumeurs, le chirurgien peut réveiller les patients pendant l'intervention et inactiver temporairement de petites régions du cerveau (environ 5 mm) avec des stimulations électriques. Si le patient arrête de parler ou produit des réponses incorrectes, le neurochirurgien laisse cette région intacte afin de préserver les fonctions cognitives du patient. Habituellement, seules les fonctions sensori-motrices et le langage sont testées à l’occasion de telles interventions. En appliquant cette procédure aux fonctions visuo-spatiales, nous avons pu explorer directement et précisément les bases neurales de la négligence gauche chez l’homme. Nous avons demandé à deux patients soumis à l’ablation de gliomes situés dans la région temporo-pariétale droite de marquer d’un trait de crayon le centre d’une ligne horizontale. Selon les zones du cerveau inactivées, les traits dessinés par les patients déviaient vers la droite, comme chez les patients avec négligence gauche (voir Fig. 1), ou restaient centrés. En particulier, l’inactivation de deux structures corticales déterminait une déviation. Il s’agissait du gyrus supramarginalis (la partie rostrale du lobule pariétal inférieur) et de la partie caudale du lobe temporal. En revanche, l’inactivation d’une partie plus rostrale du lobe temporal, qui selon Karnath et al. (7) aurait dû être impliquée dans la négligence, ainsi que celle du champ oculomoteur frontal, ne provoquaient pas de déviation significative. Toutefois, les déviations les plus massives (de l’ordre de 30% de la longueur de l’hémi-segment de droite de la ligne) étaient observées lors de l’inactivation de la substance blanche au fond du lobule pariétal inférieur. Grâce à une technique récente d'imagerie cérébrale, le tracking de fibres, nous avons pu identifier précisément cette région de la substance blanche (Fig. 3). Il s’agissait d’une voie de communication liant les lobes pariétaux et les lobes frontaux du cerveau peu connue à ce jour, appelée le faisceau occipito-frontal supérieur. Cette appellation, qui vient de travaux anciens, semble aujourd’hui impropre, car l’origine postérieure de ce faisceau semble bien être dans le lobe pariétal et non pas dans le lobe occipital du cerveau (12). Ces résultats indiquent que les atteintes de la jonction temporo-pariétale, et surtout des voies de communication pariéto-frontales, sont à l’origine de la survenue de la négligence spatiale unilatérale. De ce fait, ils confirment un modèle neurocognitif influent de la négligence et de l’attention visuo-spatiale chez l’homme (9). Sur le plan clinique, le test de bissection de lignes a permis au chirurgien de respecter les régions dont l'inactivation temporaire donnait lieu à une négligence; par conséquent, les patients étudiés n'ont pas développé de signes de négligence post-opératoire. Ce résultat souligne l'importance de tester en situation intra-opératoire les fonctions visuo-spatiales, et pas seulement les fonctions sensori-motrices ou le langage, chez les patients qui doivent subir l'ablation d'une tumeur cérébrale, afin d’éviter le développement de troubles invalidants du traitement de l’espace. Fig. 3. Reconstruction 3D du cerveau d'un des patients étudiés (11), avec l'exérèse chirurgicale et le faisceau occipito-frontale supérieur, la voie pariéto-frontale dont l'inactivation a provoqué une déviation à droite en bissection de lignes. Références 1. Denes G, Semenza C, Stoppa E, Lis A. Unilateral spatial neglect and recovery from hemiplegia: A follow-up study. Brain 1982;105(3):543-552. 2. Bartolomeo P, Chokron S. Orienting of attention in left unilateral neglect. Neuroscience and Biobehavioral Reviews 2002;26(2):217-234. 3. Bartolomeo P, Siéroff E, Decaix C, Chokron S. Modulating the attentional bias in unilateral neglect: The effects of the strategic set. Experimental Brain Research 2001;137(3/4):424-431. 4. Corbetta M, Shulman GL. Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nature Reviews Neuroscience 2002;3(3):201-215. 5. Vallar G. Extrapersonal visual unilateral spatial neglect and its neuroanatomy. Neuroimage 2001;14(1 Pt 2):S52-S58. 6. Milner AD, Goodale MA. The Visual Brain in Action. Oxford: Oxford University Press; 1995. 7. Karnath HO, Ferber S, Himmelbach M. Spatial awareness is a function of the temporal not the posterior parietal lobe. Nature 2001;411(6840):950-963. 8. Doricchi F, Tomaiuolo F. The anatomy of neglect without hemianopia: a key role for parietal-frontal disconnection? NeuroReport 2003;14(17):2239-2243. 9. Mesulam MM. Spatial attention and neglect: parietal, frontal and cingulate contributions to the mental representation and attentional targeting of salient extrapersonal events. Philosophical Transactions of the Royal Society of London B 1999;354(1387):1325-1346. 10. Godefroy O, Duhamel A, Leclerc X, Saint Michel T, Henon H, Leys D. Brain-behaviour relationships. Some models and related statistical procedures for the study of brain-damaged patients. Brain 1998;121 (Pt 8):1545-1556. 11. Thiebaut de Schotten M, Urbanski M, Duffau H, Volle E, Lévy R, Dubois B, et al. Direct evidence for a parietal-frontal pathway subserving spatial awareness in humans. Science 2005;309(5744):2226-2228. 12. Catani M, Howard RJ, Pajevic S, Jones DK. Virtual in vivo interactive dissection of white matter fasciculi in the human brain. Neuroimage 2002;17(1):77-94.
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C’est sans effort apparent que nous pouvons explorer notre bureau à la recherche d’un stylo ou lire ce texte. Cela pourrait nous donner l’impression que les mécanismes cérébraux que nous utilisons pour percevoir la multitude d’objets situés dans notre espace visuel ou pour agir sur eux sont relativement simples. Cette impression est illusoire, comme le montrent d’une part les problèmes rencontrés par ceux qui essayent de simuler ces fonctions chez des robots, et d’autre part la complexité d’architecture fonctionnelle des aires visuelles dans le cerveau. Les troubles rencontrés dans la pathologie cérébrale montrent la variété des fonctions et des mécanismes qui sont impliqués dans ces fonctions visuelles « de haut niveau » (par opposition aux processus plus « élémentaires » assumés par les étapes d’élaboration visuelle qui vont de la rétine aux aires visuelles primaires). Certains patients porteurs d’une lésion cérébrale n’arrivent pas à trouver leur stylo s’il est à gauche d’une tasse, bien que leur champ visuel puisse être intact. Environ la moitié des patients porteurs d’une lésion hémisphérique droite, soit plusieurs milliers de cas par an en France, souffre de ce trouble, appelé négligence spatiale unilatérale. Ces patients se comportent comme si la moitié gauche du monde n’existait plus (Fig. 1). 
 	Fig. 1. Copie d’un dessin et bissection d’une ligne par un patient présentant une négligence gauche


Sur le plan de la santé publique la négligence pose des problèmes importants, du fait qu’elle aggrave le handicap en gênant la rééducation motrice (1). La compréhension des mécanismes de la négligence est importante pour fournir aux cliniciens des outils adaptés au diagnostic et au traitement (rééducation). La recherche sur la négligence peut en outre contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes cérébraux du traitement de l’espace et des corrélats neuronaux de la conscience perceptive. Il faut cependant remarquer que l’étude de la négligence spatiale unilatérale est l’un des domaines les plus controversés en neurosciences cognitives, car il n’existe pas de consensus parmi les chercheurs sur les mécanismes de ce syndrome, ni même sur la localisation anatomique des lésions pouvant provoquer une négligence. 
Après avoir testé différentes hypothèses sur l’origine fonctionnelle des signes de négligence, les résultats de nos travaux ont conclu à une association de déficits attentionnels qui interviennent selon une séquence temporelle spécifique : une attraction « automatique » de l’attention vers la droite suivie d’une difficulté de réorientation vers la gauche (2). L'attention spatiale s’oriente grâce à deux systèmes : le système d’orientation endogène, volontaire et le système de capture exogène, automatique de l’attention. Nos travaux ont démontré que l’orientation exogène est spécialement atteinte dans la négligence gauche, alors que l’orientation endogène est relativement épargnée, mais ralentie (3). 
Un défi important consiste maintenant à lier les déficits fonctionnels des patients négligents à leurs bases neurales spécifiques. Notre hypothèse d’une atteinte prédominante de l’orientation exogène de l’attention est cohérente avec les résultats de la neuroimagerie fonctionnelle, qui montrent une implication de la jonction temporo-pariétale droite, avec le cortex frontal inférieur, dans la capture exogène de l’attention par un stimulus visuel (4). La jonction temporo-pariétale droite semble effectivement être la localisation lésionnelle typique de la négligence gauche (5). Toutefois, d’autres auteurs, en faisant référence à la distinction entre voie visuelle corticale occipito-pariétale, dédiée aux mouvements pour atteindre un objet visuel, et voie occipito-temporale, utilisée pour l’identification perceptive des objets, font la prédiction que la négligence gauche devrait plutôt résulter d’une atteinte de la voie occipito-temporale, car les mouvements de saisie des objets peuvent être normaux chez ces patients (6). En accord avec cette prédiction, une étude récente a indiqué le gyrus temporal supérieur droit comme base lésionnelle de la négligence (du moins chez les patients n’ayant pas de déficit de champ visuel associé) (7) (Fig. 2). 
 
Fig. 2. Lésions critiques donnant lieu à une négligence selon Vallar (5) (en pointillé) et selon Karnath et al. (7) (en blanc)

Les lésions des voies de communications entre différentes zones corticales ont reçu moins d’attention (8), bien que la complexité des signes de négligence suggère qu’il s’agit d’une pathologie de réseau plutôt que d’un dysfonctionnement d’une région corticale unique (9). Jusqu’à présent, la méthode anatomo-clinique utilisée pour identifier les lésions donnant lieu à un déficit cognitif était la superposition de lésions vasculaires de plusieurs patients. Cette approche fournit une résolution spatiale assez grossière ; de plus, elle risque de mettre en évidence les territoires d’irroration vasculaire plutôt que les régions importantes d’un point de vue fonctionnel (10). Nous avons récemment pu utiliser une méthode avec une résolution spatio-temporelle bien supérieure. Nous avons testé des patients pendant l’ablation chirurgicale de gliomes cérébraux de bas grade (11). Pour éviter des séquelles cognitives lors de l’ablation de ces tumeurs, le chirurgien peut réveiller les patients pendant l'intervention et inactiver temporairement de petites régions du cerveau (environ 5 mm) avec des stimulations électriques. Si le patient arrête de parler ou produit des réponses incorrectes, le neurochirurgien laisse cette région intacte afin de préserver les fonctions cognitives du patient. Habituellement, seules les fonctions sensori-motrices et le langage sont testées à l’occasion de telles interventions. En appliquant cette procédure aux fonctions visuo-spatiales, nous avons pu explorer directement et précisément les bases neurales de la négligence gauche chez l’homme. Nous avons demandé à deux patients soumis à l’ablation de gliomes situés dans la région temporo-pariétale droite de marquer d’un trait de crayon le centre d’une ligne horizontale. Selon les zones du cerveau inactivées, les traits dessinés par les patients déviaient vers la droite, comme chez les patients avec négligence gauche (voir Fig. 1), ou restaient centrés. En particulier, l’inactivation de deux structures corticales déterminait une déviation. Il s’agissait du gyrus supramarginalis (la partie rostrale du lobule pariétal inférieur) et de la partie caudale du lobe temporal. En revanche, l’inactivation d’une partie plus rostrale du lobe temporal, qui selon Karnath et al. (7) aurait dû être impliquée dans la négligence, ainsi que celle du champ oculomoteur frontal, ne provoquaient pas de déviation significative. Toutefois, les déviations les plus massives (de l’ordre de 30\% de la longueur de l’hémi-segment de droite de la ligne) étaient observées lors de l’inactivation de la substance blanche au fond du lobule pariétal inférieur. Grâce à une technique récente d'imagerie cérébrale, le tracking de fibres, nous avons pu identifier précisément cette région de la substance blanche (Fig. 3). Il s’agissait d’une voie de communication liant les lobes pariétaux et les lobes frontaux du cerveau peu connue à ce jour, appelée le faisceau occipito-frontal supérieur. Cette appellation, qui vient de travaux anciens, semble aujourd’hui impropre, car l’origine postérieure de ce faisceau semble bien être dans le lobe pariétal et non pas dans le lobe occipital du cerveau (12). Ces résultats indiquent que les atteintes de la jonction temporo-pariétale, et surtout des voies de communication pariéto-frontales, sont à l’origine de la survenue de la négligence spatiale unilatérale. De ce fait, ils confirment un modèle neurocognitif influent de la négligence et de l’attention visuo-spatiale chez l’homme (9). Sur le plan clinique, le test de bissection de lignes a permis au chirurgien de respecter les régions dont l'inactivation temporaire donnait lieu à une négligence; par conséquent, les patients étudiés n'ont pas développé de signes de négligence post-opératoire. Ce résultat souligne l'importance de tester en situation intra-opératoire les fonctions visuo-spatiales, et pas seulement les fonctions sensori-motrices ou le langage, chez les patients qui doivent subir l'ablation d'une tumeur cérébrale, afin d’éviter le développement de troubles invalidants du traitement de l’espace.
 
Fig. 3. Reconstruction 3D du cerveau d'un des patients étudiés (11), avec l'exérèse chirurgicale et le faisceau occipito-frontale supérieur, la voie pariéto-frontale dont l'inactivation a provoqué une déviation à droite en bissection de lignes.
Références
1.	Denes G, Semenza C, Stoppa E, Lis A. Unilateral spatial neglect and recovery from hemiplegia: A follow-up study. Brain 1982;105(3):543-552.
2.	Bartolomeo P, Chokron S. Orienting of attention in left unilateral neglect. Neuroscience and Biobehavioral Reviews 2002;26(2):217-234.
3.	Bartolomeo P, Siéroff E, Decaix C, Chokron S. Modulating the attentional bias in unilateral neglect: The effects of the strategic set. Experimental Brain Research 2001;137(3/4):424-431.
4.	Corbetta M, Shulman GL. Control of goal-directed and stimulus-driven attention in the brain. Nature Reviews Neuroscience 2002;3(3):201-215.
5.	Vallar G. Extrapersonal visual unilateral spatial neglect and its neuroanatomy. Neuroimage 2001;14(1 Pt 2):S52-S58.
6.	Milner AD, Goodale MA. The Visual Brain in Action. Oxford: Oxford University Press; 1995.
7.	Karnath HO, Ferber S, Himmelbach M. Spatial awareness is a function of the temporal not the posterior parietal lobe. Nature 2001;411(6840):950-963.
8.	Doricchi F, Tomaiuolo F. The anatomy of neglect without hemianopia: a key role for parietal-frontal disconnection? NeuroReport 2003;14(17):2239-2243.
9.	Mesulam MM. Spatial attention and neglect: parietal, frontal and cingulate contributions to the mental representation and attentional targeting of salient extrapersonal events. Philosophical Transactions of the Royal Society  of London B 1999;354(1387):1325-1346.
10.	Godefroy O, Duhamel A, Leclerc X, Saint Michel T, Henon H, Leys D. Brain-behaviour relationships. Some models and related statistical procedures for the study of brain-damaged patients. Brain 1998;121 (Pt 8):1545-1556.
11.	Thiebaut de Schotten M, Urbanski M, Duffau H, Volle E, Lévy R, Dubois B, et al. Direct evidence for a parietal-frontal pathway subserving spatial awareness in humans. Science 2005;309(5744):2226-2228.
12.	Catani M, Howard RJ, Pajevic S, Jones DK. Virtual in vivo interactive dissection of white matter fasciculi in the human brain. Neuroimage 2002;17(1):77-94.},
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	journal = {Actualités en Neurologie},
	author = {Bartolomeo, P.},
	year = {2006},
	keywords = {\#nosource, Unilateral neglect; Attention; Brain-damaged patients; Space processing, ⛔ No DOI found},
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