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Piste pédagogique : sujet 13251 lecture

Étude de groupe (IRM anatomique et fonctionnelle) permettant de visualiser l'activation d'aires cérébrales au cours d'une tache cognitive : la reconnaissance visuelle de mots.

 

 

Les images proposées permettent d’apprendre à repérer une région cérébrale dite « de l’identification invariante des mots » (Visual Word Form Area), qui appartient à la voie visuelle ventrale gauche. On considère que cette région effectue l’analyse visuelle des lettres qui composent les mots et fournit aux autres régions cérébrales une représentation de leur identité et de leur ordonnancement.

L’exploitation de ces images permet d’illustrer comment la réalisation d’une fonction cognitive complexe repose sur l’activité de plusieurs zones cérébrales de façon coordonnée.

Mais cette région de la forme visuelle des mots ne répond pas immédiatement aux mots plus qu’à d’autres formes visuelles similaires. C’est seulement chez l’enfant vers dix ans qu’on commence à y enregistrer des réponses qui ressemblent à celles de l’adulte. Ce sont les compétences acquises au cours de l’apprentissage de la lecture qui entraînent une  spécialisation de cette région : on pourra illustrer ce point en exploitant les données de l’article récent de Dehaene et collaborateurs : “How learning to read changes the cortical networks for vision and language”; Science; 330(6009) : 1359-64 : cet exemple de maturation des systèmes cérébraux liés à la vision permet de présenter la notion de plasticité cérébrale et son lien avec l’apprentissage.

 

Les images présentées sont des images moyennes acquises dans un protocole impliquant 9 sujets normaux :

- 7 femmes et 2 hommes droitiers

- âge : de 42 à 68 ans, moyenne d’âge 60 ans.

 
3 images sont disponibles :
 
  • 1 image anatomique moyenne sur 9 sujets normaux  : IRMsujet13251anat
  • 2 images qui contiennent des activations en IRMf de ces mêmes sujets pendant la lecture. Ce sont des données moyennes.
 

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.

 

 

Origine des images

Laurent Cohen, MD, PhD, Service de Neurologie 1, Hôpital de la Salpêtrière, 47/83 Bd de l’Hôpital, 75651 Paris Cedex 13, France.

 

 

 

Description du protocole expérimental d’obtention des images 

 

4 types de stimuli sont présentés aux sujets : un point de fixation, des mots « vrais » (parmi 128 utilisés), des chaînes de consonnes et des damiers alternants couvrant à peu près le même champ visuel que les chaînes de lettres stimulation centrale et binoculaire). Les chaînes de consonnes présentent le même nombre de lettres que les mots vrais. Les stimuli sont présentés au centre du champ pendant 1700 ms, suivis de 800 ms de fixation. On demande à chaque sujet de se concentrer de manière égale sur chaque stimulus. Pour chaque sujet, 4 séquences sont enregistrées, comprenant chacune 16 blocs expérimentaux (4 blocs par condition) de 20 secondes chacun. Chaque bloc de 8 essais est présenté de manière randomisée au sein de la séquence, de même pour les essais au sein des blocs ; mais l’ordre est le même pour tous les sujets.

Groupes expérimentaux : 9 sujets normaux

Les séquences fonctionnelles ainsi obtenues sont analysées avec le logiciel SPM99. Les images anatomiques subissent une normalisation utilisant le cerveau de référence  standard MNI (système de coordonnées de Talairach).

Seuil de lecture statistiquement significatif : utiliser dans Eduanatomist les bornes [34-100] pour l’image fonctionnelle IRMsujet 13251fonc_vwfa et [33-100] pour IRMsujet 13251fonc__rvwfa

Exploitation pédagogique des images

 

Introduction :

 

S. Dehaene dans « Les bases cérébrales d’une acquisition culturelle : la lecture », (Texte paru dans Gènes et cultures, sous la direction de J.P. Changeux. 2003. Editions Odile Jacob pp 187-199.) affirme que plus d’une dizaine d’aires cérébrales réparties dans les régions occipitales, temporales, pariétales et frontales sont mobilisées au cours de l’opération complexe qu’est la lecture.

Il évoque particulièrement le rôle joué par « l’aire de la forme visuelle des mots» qui intervient aux étapes les plus précoces de la lecture. Il est aisé de la repérer par la technique de l’IRMf car quelques minutes de lecture suffisent à l’activer de façon reproductible chez n’importe quel bon lecteur. On la retrouve systématiquement à la même position chez 90% des individus à 5 mm près. Cette aire de la forme visuelle des mots fait partie de la voie visuelle ventrale gauche et se trouve située dans une région du cerveau appelée le sillon occipito-temporal qui borde le gyrus fusiforme. L’aire de la forme visuelle des mots est la première région non rétinotopique et traite les informations provenant de l’ensemble du champ visuel, transférées depuis les aires visuelles gauches et droites :

VWFA
 

Activations occipito-temporales durant la lecture chez des sujets contrôles (n=5), superposées sur des coupes anatomiques coronales. Les cercles verts soulignent la zone présumée de la VWFA, visiblement activée lors de la lecture, indépendamment du champ visuel stimulé. Issu de Cohen et al., Brain 2000.

 

Exploitation pédagogique des images

 

Les deux images de contraste statistique (images fonctionnelles) proposées sont à superposer à l’image anatomique moyenne concernant les 9 sujets (et à comparer entre elles). L’analyse des contrastes « alphabétique versus fixation » et « alphabétique versus damier » permet de repérer les aires cérébrales activées par des chaînes de lettres (un mélange de vrais mots et de chaînes de consonnes) et en particulier la VWFA, « l’aire de la forme visuelle des mots» qui présente un certain degré de spécialisation dans l’identification visuelle des lettres et des mots et qui apparaît clairement dans le contraste « alphabétique versus damier ».

VWFA/ R-VWFA
issu de Cohen et al. Cerebral Cortex 2003

 

 

Le traitement des stimuli “alphabétiques” comparé à l’activation produite par un point de fixation implique un réseau bilateral, avec une prédominance du côté gauche essentiellement visible dans le lobe frontal. Ce réseau comprend des activations dans le cortex ventral occipito-temporal gauche correspondant aux coordonnées de la VWFA (voir introduction).  Il existe une activation symétrique (hémisphère droit) mais les propriétés fonctionnelles de ces régions symétriques semblent bien différentes: la région VWF est activée par des  stimuli alphabétiques beaucoup plus que par des damiers alors que la région symétrique (R-VWFA) réagit de manière identique aux deux (chaînes de lettre et damiers), confirmant que « l’aire de la forme visuelle des mots »  présente un certain degré de spécialisation pour le traitement de la forme visuelle des mots.

 

Modèle

 

Les auteurs des images proposent un modèle de traitement visuel des mots lus, dans lequel l’aire de la forme visuelle des mots, 1ère région non rétinotopique des voies visuelles, effectue l’analyse visuelle des lettres qui composent les mots et permet leur identification invariante (indépendante de la police de caractère, de la casse, …). Elle fournit aux autres régions cérébrales une représentation de leur identité et de leur ordonnancement.

Modele traitement mots

Modèle de traitement des mots.

Les lettres sont d’abord analysées par une série d’aires controlatérales au champ visuel allant de V1 à V4. Pour les stimuli du champ visuel gauche, l’information est transférée de l’hémisphère droit au gauche par un faisceau de fibres du corps calleux.

Une représentation invariante des lettres est finalement créée dans l’aire de la forme visuelle des mots (VWFA), située près du sillon occipito-temporal gauche, où le codage rétinotopique est perdu.

 La VWFA projette alors vers des régions impliquées dans les traitements phonologiques ou sémantiques. L’attention (spatiale) module cette opération à tous les niveaux de traitement jusqu’à la VWFA, avec une prédominance de l’hémisphère droit. La région symétrique à la VWFA (R-VWFA) permettrait l’identification résiduelle de lettres chez des patients déchiffrant lettre après lettre. L’identité des lettres est alors transférée aux aires du langage via le corps calleux.

Issue de Cohen et al. Cerebral Cortex

 

 

Pour aller plus loin...

 

L’alexie pure résulte en une capacité altérée à lire de manière rapide et fluide. Le site du système visuel lésé dans cette maladie coïncide avec la VWFA.

La pureté du syndrome fait référence à l’apparente sélectivité du déficit pour les mots lus.

Si un mot est épelé oralement ou dessiné sur la peau, les patients atteints d’alexie le reconnaissent plus facilement que s’il est écrit. Contrairement à l’alexie totale, les patients souffrant d’alexie pure sont capables d’identifier des lettres isolées et développent des stratégies de lecture lettre par lettre qui résultent en un ralentissement qui s’accroît de centaines de ms pour chaque lettre ajoutée. Des lésions du corps calleux au niveau des fibres connectant les aires visuelles de l’hémisphère droit  à la VWFA provoquent un sous type d’alexie pure restreinte aux mots présentés dans la partie droite du champ visuel.

Caractéristiques techniques des images

Centre: IFR 49 (Institut d’Imagerie Neurofonctionnelle), France,

Appareil: Sigma imager, 1,5T

Pour les images fonctionnelles : séquence d’acquisition écho planar (écho de gradient), images pondérés en T2, [TR (temps de relaxation) = 2500 ms, α (angle) = 90°, TE (temps d’écho) = 60 ms, FOV = 240 × 240 mm, résolution plane = 3.75 × 3.75 mm2] ; Nombre de volumes acquis : 132 moins les 4 premières images, Nombre de coupes : 17 de 5 mm d’épaisseur

Pour les images anatomiques : images de haute résolution pondérées en T1 [technique d’inversion-récupération pour des séquences en écho de gradient rapides pondérées en T1, TI (temps d’inversion) = 400 ms, TR = 11 ms, TE = 2 ms, α = 20°, FOV = 240 × 240 mm, épaisseur des coupes = 1.5 mm, résolution plane = 0.94 × 0.94 mm2].

 

Références bibliographiques

  • Cohen et al. 2003 “Visual Word Recognition in the Left and Right Hemispheres: Anatomical and Functional Correlates of Peripheral Alexias”; Cerebral Cortex; Volume13, Issue12; Pp. 1313-1333.
  • McCandliss BD, Cohen L, Dehaene S. 2003”The visual word form area: expertise for reading in the fusiform gyrus”; Trends Cogn Sci.; 7(7): 293-299.
  •  Dehaene S, Pegado F, Braga LW, Ventura P, Nunes Filho G, Jobert A, Dehaene-Lambertz G, Kolinsky R, Morais J, Cohen L 2010 “How learning to read changes the cortical networks for vision and language”; Science; 330(6009) : 1359-64.
  • Cohen L, Dehaene S, Naccache L, Lehéricy S, Dehaene-Lambertz G, Hénaff MA, Michel F. 2000 “The visual word form area: spatial and temporal characterization of an initial stage of reading in normal subjects and posterior split-brain patients”; Brain; 123 (Pt 2):291-307.

Accéder au dossier  : "vision"

Dossier permettant d'approfondir le thème relatif aux images

 

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