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Toucher avec le cerveau visuel

Substitution sensorielle chez l'aveugle-né

Notre perception du monde est multimodale et nous devons utiliser tous nos sens pour décrire la forme, la taille et la texture d'un objet et, bien que les informations visuelles et tactiles soient recueillies de façon indépendante, il ne fait aucun doute que la vision et le toucher sont intimement liés.

Dans ce cas, on peut se demander quelle est la fonction (ou le sort développemental) du cortex occipital (visuel) chez un individu ayant perdu le sens de la vue.

Pour répondre à cette question, Sadata, Pascual-Leone et al.  ont utilisé l'imagerie par résonance magnétique pour démontrer l'activation du cortex visuel durant une tâche de lecture de caractères braille chez des individus aveugles de naissance. Il a été montré qu'une lésion accidentelle du cortex visuel chez un aveugle-né très performant en lecture braille entraîne une alexie irréversible mettant ainsi l'accent sur l'importance du cortex visuel dans la lecture du braille chez l'aveugle-né.

 

braille.png

 

De même, en utilisant la Stimulation Magnétique Transcranienne (développée dans les paragraphes suivants), pour perturber temporairement l'activité corticale, il a été démontré que cette activation occipitale est nécessaire à la compréhension du braille.&nbsnbsp;

Par ailleurs, l'équipe de Maurice Ptito à l'Ecole d'optométrie, Université de Montréal, a utilisé une prothèse visuelle qui se sert de la langue comme médium (semblable aux doigts pour le braille).

TDUglobal.jpg visuotactile_langue.jpg
Maurice Ptito avec une personne s'entraînant au TDU : "tongue display unit"

Mis au point par Bach-y-Rita en 1998, ce dispositif visuo-tactile transforme l'information visuelle en stimulations tactiles perçues par la langue. Comme c'est l'organe le plus innervé du corps, on obtient, pour une matrice de taille équivalente, une précison de localisation cinq fois supérieure à celle que l'on avait en stimulant la peau du dos ou du ventre.

La langue ne requiert que 3% du voltage nécessaire à la perception de la stimulation par le derme; constamment imbibée de salive, elle conduit parfaitement les micro-impulsions et possède une résistance électrique presque constante.

 

Ce système est composé d'une grille ayant 144 points de stimulation éléctrique reliée à un ordinateur et une caméra vidéo. L'image captée par la caméra est traduite en influx électrotactiles sur la langue. Les sujets entraînés avec un tel système sont capables d'apprendre un ensemble de tâches visuelles par le biais de la langue. Ce système a reçu le nom de Tongue Display Unit (TDU) Bach-y-Rita et al.,1998.

Expérimentation

L'étude porte sur deux groupes de sujets:

  • des voyants avec les yeux bandés
  • des aveugles-nés

Les deux groupes sont d'abord familiarisés avec l'appareil et le lendemain matin, tous subissent une prise d'images de leur cerveau (IRM et TEP) pendant l'exécution initiale de la tâche qui consistait à discriminer l'orientation de la lettre T prise par la caméra et délivrée par un patron électrotactile sur la langue. Le sujet répondait manuellement  en utilisant son pouce (droite, gauche, haut et bas).

 

 

 

 

 

 

position du T sur la grille sur la langue methode TDU.jpg

 a: le curseur est parfaitement positionné sur l'ensemble du stimulus et tous les pixels formant la lettre T sont électriquement activés

b :le curseur se déplace vers la gauche et seuls les pixels formant la partie gauche du T sont activés

c : le curseur remonte et seuls les pixels formant la barre horizontale du T sont activés

d : le curseur est en dehors du T et aucun message ne parvient à la langue

 

L'entraînement s'est effectué à raison  d'une séance d'une heure par jour jusqu'à ce que tous les sujets répondent aux critères d'apprentissage fixés à 85% pendant deux jours consécutifs.

Résultats

  • tous les sujets apprennent la tâche
  • les aveugles-nés présentent un net avantage au niveau de la vitesse d'apprentissage et la rapidité de la réponse

 Une nouvelle séance de prises d'images a alors été effectuée:

  • au niveau du pré-apprentissage, au TEP, il n'y a aucune activation du cortex visuel ni chez les voyants avec les yeux bandés, ni chez les aveugles-nés
  • après apprentissage, seuls les aveugles-nés présentent une activation occipitale

activation cuneus.JPG

2 régions sont étudiées :

  • cuneus
  • cortex occipital supérieur (supérior occipital)

Les colonnes blanches représentent l'activation avant entraînement

Les colonnes grises après entraînement

Au cours de l'entraînement les personnes non voyantes (Blind) montrent une activation significative au niveau du cuneus et du cortex occipital supérieur contrairement aux contrôles

 Pour visualiser les régions corticales concernées :

http://www.chups.jussieu.fr/ext/neuranat/video/texte/face-int0b.htm

 

 

Ces résultats appuient la notion selon laquelle les aires visuelles corticales de l'aveugle peuvent être activées par une autre modalité sensorielle et que la langue est un véhicule adéquat pour transporter l'information vers le cortex visuel.

Il semble donc que l'utilisation prolongée de la langue, comme c'est le cas des doigts chez les experts en braille, accentuent les processus de plasticité qui surviennent pendant la privation sensorielle.

Des travaux  récents (Merabet et Pascual-Leone - Laboratory for magnetic Brain Stimulation, Harvard Medical School , 2004) montrent que la stimulation magnétique transcranienne (TMS) du cortex visuel chez les sujets voyants entraîne l'apparition de phosphènes visuels.

Ptito et Kupers, 2005 ont  alors montré que, cette même TMS, chez les sujets aveugles ayant appris à utiliser le TDU, entraîne l'apparition de sensations sur la langue =  des phosphènes somatosensoriels.  Cette même stimulation n'entraîne pas de sensations sur la langue des sujets contrôles.

 

TMSsmall.jpg TMScerveau.jpg

La technique de stimulation magnétique transcranienne permet d'exciter simultanément des neurones du cortex cérébral. C'est actuellement la seule technique non-invasive et approuvée par l' éthique qui permet d'interagir avec le cerveau humain en action puisqu'elle permet de le stimuler de façon relativement focale et sans sensation désagréable au cours de différentes tâches.

Actuellement, grâce à l'association avec l'RM, la localisation précise de la stimulation par rapport à l'anatomie individuelle du sujet est possible. On peut donc ainsi tenir compte des particularités anatomo-fonctionnelles des patients.

 

 

 

Chez les sujets aveugles entraînés au TDU, la langue avait donc acquis une représentation cartographique dans le cortex occipital.  Des sujets aveugles de naissance utilisent leur cortex visuel pour des tâches d'orientation tactile avec la langue.


visuel_langue.JPG

Les résutats montrent, chez quatre sujets aveugles entraînés à la TDU, une représentation somatotopique de la langue dans le cortex visuel.

La partie noire correspond à la partie qui a été stimulée sur le cortex visuel et sur laquelle le sujet ressent des "picotements" de la langue.

 

&nnbsp;

Les nombres sur les échelles correspondent à la distance en cm par rapport à la protubérance occipitale.

 

 

 

 Une video intéressante reprend un exemple d'utilisation du Tongue Display Unit

 http://www.radio-canada.ca/actualite/v2/decouverte/niveau2_8722.shtml