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Activité : lecture et plasticité cérébrale

Une proposition de démarche exploitant des cas cliniques d'anomalies de la vision -couplée à une utilisation du logiciel EduAnatomist- afin d'identifier les aires corticales impliquées dans la lecture et de mettre en évidence une plasticité consécutive à un AVC.

Contexte

Les programmes de SVT des filières scientifiques font clairement apparaître deux notions: la plasticité cérébrale (qui sera étudiée à partir d'exemples en relation avec le cortex visuel) ; la vision (qui sera abordée grâce à l'imagerie fonctionnelle du cerveau).

Si on considère le cas des programmes des filières non scientifiques, c'est la notion de plasticité du cortex cérébral qui est renforcée et appliquée à la lecture.

L'activité pédagogique développée ci-dessous est donc proposée pour les programmes de Première.

Il s'agit:

- d'identifier les aires corticales impliquées dans la lecture, et plus précisément l'aire visuelle de reconnaissance des mots appelée en anglais L-VWFA

- de mettre en évidence une plasticité consécutive à un AVC.

Pour cela, il est  proposé aux élèves d'analyser les particularités d'un cas clinique d'alexie, de le comparer à des témoins.

L'étude ainsi réalisée permettra :

- d'une part de mettre en évidence qu'il existe une aire, la L-VWFA (Left Visual Word Form Area), pour l'identification visuelle des mots

- d'autre part de montrer qu'il existe une certaine plasticité corticale permettant de compenser (au moins partiellement) une perte de l'aire L-VWFA

 

Ressources mises à disposition des élèves

  • Documentation scientifique : description de cas cliniques d'alexie.
  • Ressources informatiquesLogiciel EduAnatomist et des images d’IRM anatomique et fonctionnelle d’encéphale de la banque Neuropeda 
  • Document issu d'Eduanatomist (à annoter au cours de l'activité): il faudra y repérer des zones cérébrales activées lors de la lecture pour la reconnaissance des mots.
  • Documents complémentaires, utiles pour la partie anatomique : tutoriel pour la visualisation d'images anatomiques avec le logiciel EduAnatomist, ou bien fiche technique (au format pdf) à télécharger.

 

Déroulement de l'activité principale

 

Une consigne globale  peut être donnée à l'élève, par exemple :

"à partir de l’exploitation pertinente du cas clinique proposé en comparaison aux sujets témoins, ainsi que des clichés d'IRM, mettre en évidence l'existence d'une aire visuelle de reconnaissance des mots, ainsi qu'un phénomène de plasticité cérébrale consécutivement à un AVC"

Une aide à la résolution peut être proposée :

 

  • Premier temps : étudier un cas clinique d'alexie pure


Il s'agit d'analyser la fiche cas d'alexie numéro 1. L'élève doit :

- arriver à la conclusion que des fonctions spécifiques à la lecture sont altérées chez le patient

- comprendre que le système visuel reste fonctionnel, du moins en grande partie.

- corréler ces pertes de fonction avec la destruction d'une zone du SNC suite à l'AVC.

Le raisonnement est le suivant: l'analyse comportementale révèle la perte de la capacité d'appréhender les mots dans leur ensemble, sans altération majeure de l'ensemble du système visuel (donc les circuits sont fonctionnels). Cette perte est consécutive à un AVC qui a provoqué des lésions dans une zone donnée. Donc cette zone doit contenir une aire impliquée dans l'identification globale des mots.

 

 

Ressources à exploiter Pistes de travail
   
  •  Exploiter le cas clinique d'alexie pour identifier l'aire touchée lors de l'AVC
 
  • Repérer la zone dans le SNC

 

La conclusion est donc qu'il existe sans doute une zone située dans l'hémisphère gauche qui permet une identification globale des mots. La problématique suivante est donc de trouver un moyen de vérifier si cette zone affectée par l'AVC est bien utilisée chez des témoins lors de la lecture.

 

  • Deuxième temps  : identifier l'aire impliquée dans la reconnaissance visuelle des mots VWFA

 

Avec le logiciel Eduanatomist, il s'agit pour l'élève de:

- constater l'existence de nombreuses zones activées lors de la lecture, en utilisant l'une ou l'autre des 2 images, ou même les deux successivement: il faut comprendre que certaines zones sont spécifiques à la lecture, d'autres non (mémoire, vision...)

- repérer sur les images d'IRM avec les références 64 en coupe axiale et 83 en coupe coronale (mêmes références que le schéma à compléter de l'activité précédente), s'il y a des zones activées lors de la lecture, puis les reporter sur le schéma avec une autre couleur

- conclure que l'AVC a induit des lésions dans une zone activée lors de la lecture chez des individus sains.

- relier cette zones aux déficits fonctionnels: cette zone est appelée L-VWFA (left visual word from area).

 

 

Ressources à exploiter  Pistes de travail
- IRMsujet13251anat.img
- IRMsujet13251fonc_vwfa.img
- IRMsujet13251fonc_Rvwfa.img
 

IRMsujet13251fonc__rvwfa sont les activations induites par des chaines de lettres (un mélange de vrais mots et de chaînes de consonnes) par rapport à une condition de référence consistant simplement à garder le regard sur un point de fixation.

 

IRMsujet13251fonc_vwfa : ce sont les mêmes activations, mais par rapport à une condition de référence consistant à regarder des damiers alternants. C'est donc un sous-ensemble des activations de IRMsujet 13251fonc__rvwfa.

Pour plus de précisions sur ces images, suivez ce lien.
 

 

  • Utiliser les fonctionnalités du logiciel EduAnatomist pour visualiser, sur les images de la banque Neuropeda, les zones de l'encéphale activées lors de la lecture

-->Production attendue : un compte-rendu sous forme numérique comportant des captures  d'écran légendées des différentes représentations obtenues, ainsi qu'une localisation sur le schéma de référence

-->Compétence B2i lycée : item L.2.3 : "J'utilise les documents ou des logiciels dans le respect des droits d'auteurs et de propriété" et item L.3.1 : "Je sais créer et modifier un document numérique composite transportable et publiable".

 

La conclusion de cette partie est donc qu'il existe une zone de reconnaissance visuelle des mots: elle appartient à la voie visuelle ventrale gauche (mais traite les informations provenant des 2 champs visuels). Cette aire est considérée comme la région qui effectue l'analyse visuelle des lettres qui composent des mots et elle fournit aux autres régions cérébrales une représentation de leur identité (= identification invariante des mots). Cette aire se trouve située dans une région appelée le sillon occipito-temporal qui borde le gyrus fusiforme. Il ne s'agit pas d'une structure paire (hémisphère gauche seulement).

 

  • Troisième temps  : observer un phénomène de plasticité du SNC suite à l'AVC dans le cas du patient atteint d'alexie pure.

 

Il s'agit d'analyser la dernière partie de la fiche cas d'alexie numéro 1. L'élève doit :

- comparer les zones activées lors de la lecture entre le patient et un témoin, en se focalisant sur l'hémisphère droit.

- comprendre qu'une nouvelle zone a été recrutée dans l'hémisphère droit pour pallier la lésion affectant la L-VWFA chez le patient (surtout dans le cas d'une stimulation alphabétique versus un damier alternant). Cette zone possède une position équivalente dans l'hémisphère droit à celle de la L-VWFA dans l'hémisphère gauche.

- conclure à une plasticité du SNC suite à l'AVC: il y a bien eu réorganisation fonctionnelle cortex.

 

Ressources à exploiter            Pistes de travail


 
  •  Comparer les zones activées dans l'hémisphère droit lors de la lecture entre le patient et les témoins.

 

La conclusion est donc qu'il existe une plasticité post-lésionnelle: une aire initialement non destinée à l'identification des mots dans l'hémisphère droit (avec une position symétrique à la L-VWFA) est recrutée chez ce patient après un travail de rééducation fonctionnelle. Cette zone a été nommée la R-VWFA (R=right). Ceci démontre que le SNC présente une plasticité.

 

Déroulement de l'activité secondaire

 

Une consigne globale  peut être donnée à l'élève, par exemple :

"à partir de l’exploitation pertinente de 2 cas cliniques proposés en comparaison aux sujets témoins, analyser et prévoir les conséquences de lésions, puis observer un phénomène de plasticité suite à un AVC"

Une aide à la résolution peut être proposée :

 

  • Quatrième temps  : proposer une réflexion en s'appuyant sur les connaissances des élèves du système visuel, analyser et  prévoir les conséquences d'une lésion

 

La conclusion de la partie précédente doit aussi conduire à une réflexion de la part des élèves, réflexion encadrée par l'enseignant. Le  pré-requis à cette réflexion correspond aux connaissances des élèves sur l'organisation des voies visuelles et des aires visuelles.

Problématique: la L-VWFA est unique et située dans l'hémisphère gauche. Or, les informations visuelles du champ visuel gauche se projettent dans l'hémisphère droit. Ceci implique qu'une partie des informations visuelles lors de la lecture sont conduites de l'hémisphère droit vers le gauche.

L'objectif de cette partie est d'analyser le cas d'un autre patient atteint d'une alexie du champ visuel gauche.

Le travail des élèves doit leur permettre de:

- comprendre le problème de lecture du patient RAV

- réaliser que le L-VWFA est fonctionnelle (puisque l'IRM fonctionnelle révèle une activité lors de stimulations dans le champ visuel droit), mais pas activée lors de stimulations dans le champ visuel gauche

- relier les lésions induites dans le corps calleux par l'AVC à la non-réponse de la L-VWFA lors de stimulations du champ visuel gauche: d'où la conclusion d'un problème communication inter-hémisphérique.

 

Ressources à exploiter Pistes de travail
  •  Exploiter le cas clinique d'alexie du champ visuel gauche pour mettre en évidence des problèmes d'afférence à la L-VWFA (fonctionnelle, mais non alimentée par des informations en provenance du champ visuel gauche): relier résultats des tests de lecture, imagerie d'IRM
     
  • Mobilisation des connaissances sur le système visuel: trajet des informations, communication inter-hémisphérique. On peut donc prévoir les conséquences d'une lésion.

 

La lecture fait donc intervenir différentes structures du SNC, ce qui nécessite des connections entre ces structures. Ici le rôle du corps calleux dans les échanges inter-hémisphérique est clairement identifié.