Chapitre 10 — Représentation cognitive de l’espace · Topic 1 · Leçon 1.3
Comment étudier la cognition spatiale chez l’humain ? Cette leçon fait le tour des méthodes d’exploration disponibles : IRMf, IRM anatomique, MEG/EEG, TEP, stimulation transcrânienne, étude des patients lésionnels. Chaque technique a ses forces et ses limites — le choix dépend de la question posée.
🎯 Objectifs pédagogiques
- Comparer les différentes techniques d’imagerie fonctionnelle ;
- Comprendre la résolution spatiale et temporelle de chaque méthode ;
- Décrire le protocole IRMf en navigation virtuelle ;
- Identifier les avantages/limites des études sur patients lésionnels.
🧭 Plan de la leçon
- Panorama des méthodes d’exploration
- Comparaison résolution spatiale vs temporelle
- L’IRMf en navigation virtuelle : protocole type
- Études sur patients lésionnels : forces et limites
1. Panorama des méthodes d’exploration
- Imagerie anatomique : IRM structurale (T1, T2). Cartographie de la substance grise et blanche. Résolution ~1 mm ;
- Imagerie fonctionnelle : IRMf (BOLD), TEP (18F-FDG ou traceurs ligands) ;
- Imagerie électrophysiologique : EEG (électro-encéphalographie), MEG (magnéto-encéphalographie) ;
- Neurostimulation : TMS (stimulation magnétique transcrânienne), tDCS (courant direct), électrodes profondes chez l’épileptique ;
- Neuropsychologie lésionnelle : étude des déficits après AVC, tumeurs, TC.
2. Comparaison résolution spatiale vs temporelle
Aucune méthode ne combine à la fois excellente résolution spatiale ET excellente résolution temporelle :
| Méthode | Résolution spatiale | Résolution temporelle | Invasivité |
|---|---|---|---|
| IRMf (BOLD) | ~1-3 mm | ~1-2 s | Non invasive |
| TEP | ~4-8 mm | ~30-60 s | Radioactif |
| EEG | ~1-3 cm (mauvaise) | ~1 ms (excellente) | Non invasive |
| MEG | ~5-10 mm | ~1 ms | Non invasive |
| Électrodes intracrâniennes | ~50 μm-1 mm (neurone unique) | ~0,1 ms | Chirurgicale (épileptiques) |
On combine souvent plusieurs modalités : IRMf pour localiser + EEG/MEG pour temporaliser.
3. L’IRMf en navigation virtuelle : protocole type
- Familiarisation hors scanner : le sujet apprend à naviguer dans un environnement virtuel 3D (ville, maison) avec un joystick ;
- Acquisition IRM : allongé, il navigue dans le scanner (l’écran est projeté via un miroir, le joystick est compatible IRM en fibre optique) ;
- Paradigme expérimental : contraste (ex.) navigation active vs vue passive de la même vidéo ; ou trajet familier vs trajet nouveau ;
- Analyse : extraction des cartes d’activation, comparaison de conditions.
- L’hippocampe droit s’active préférentiellement lors de la navigation par carte mentale (Maguire, Burgess) ;
- Le noyau caudé s’active lors de la navigation par « route learning » (stimulus-réponse, égocentrée) ;
- Il y a une bascule hippocampe → noyau caudé avec l’âge et l’entraînement, expliquant certaines difficultés de navigation chez la personne âgée.
4. Études sur patients lésionnels : forces et limites
Contrairement à l’imagerie fonctionnelle (qui montre une corrélation), les études lésionnelles montrent un lien causal entre structure et fonction. Une lésion focale qui produit un déficit spécifique prouve que la région est nécessaire à cette fonction. C’est ce qu’ont apporté :
- Paul Broca (1861, aphasie de production) ;
- Carl Wernicke (1874, aphasie de compréhension) ;
- H.M. (mémoire) ;
- Le patient « E.E. » de Habib et Sirigu (désorientation topographique après lésion de la région rétrosplénio-parahippocampique).
- Lésions rarement isolées : un AVC touche plusieurs régions à la fois ;
- Compensation cérébrale : la fonction peut être partiellement récupérée par d’autres régions ;
- Effets à distance : une lésion locale peut désorganiser un réseau étendu (diaschisis) ;
- Variabilité inter-individuelle : les cerveaux ne sont pas tous câblés à l’identique.
D’où l’intérêt de combiner les approches : imagerie + lésion + stimulation + comportemental.
🧠 À retenir absolument
- 5 grandes méthodes : IRM anatomique, IRMf/TEP, EEG/MEG, TMS, neuropsychologie lésionnelle.
- Compromis résolution : pas de technique parfaite sur les deux axes.
- IRMf : excellente spatialement (~1-3 mm), moyenne temporellement (~1-2 s).
- EEG : excellente temporellement (~1 ms), mauvaise spatialement (~1-3 cm).
- Électrodes intracrâniennes (chez l’épileptique) = seule méthode pour enregistrer un neurone unique chez l’humain.
- Navigation virtuelle 3D en scanner = paradigme central pour étudier la carte mentale humaine.
- Hippocampe droit : navigation par carte mentale ; noyau caudé : navigation par route (S-R).
- Études lésionnelles = lien causal, mais lésions rarement isolées.
❓ Questions fréquentes
Pourquoi l’EEG a-t-elle une mauvaise résolution spatiale ?
Parce que le signal électrique généré par les neurones corticaux doit traverser le crâne (mauvais conducteur) avant d’atteindre les électrodes de surface. Il se diffuse et se déforme sur ce parcours (« problème inverse » de l’EEG). Les sources sont donc difficiles à localiser précisément — d’où la résolution ~1-3 cm. La MEG (magnéto-encéphalographie) contourne partiellement le problème en mesurant les champs magnétiques (peu affectés par les tissus) et atteint ~5-10 mm.
Peut-on faire de l’IRMf sur un rat ?
Oui, l’IRMf animale existe avec des scanners haut-champ (7 à 11,7 Tesla, contre 3T chez l’humain), permettant une résolution ~0,1 mm. On l’utilise pour combler le fossé entre études électrophysiologiques (invasives) et études humaines (non invasives). Les cartes d’activation obtenues chez le rongeur pendant la navigation confirment l’implication de l’hippocampe et de l’entorhinal, et complètent les enregistrements unitaires.
La TMS peut-elle temporairement « éteindre » une région pour tester sa fonction ?
Oui, c’est le principe de la « lésion virtuelle » par TMS. Un train de stimulations à basse fréquence (~1 Hz) inhibe transitoirement l’activité corticale sous l’électrode pendant quelques minutes. On peut ensuite tester si le sujet perd la fonction supposément localisée à cette région. C’est très utile en cognition spatiale : par exemple, l’inhibition transitoire du cortex pariétal droit perturbe la mémoire spatiale immédiate.
Quels sont les risques de l’implantation d’électrodes chez l’épileptique ?
Les risques sont réels mais maîtrisés : hémorragie (~1 %), infection (~1-2 %), déficit neurologique transitoire ou permanent (rare). L’indication est strictement médicale (épilepsie pharmaco-résistante nécessitant une chirurgie), jamais purement expérimentale. Les enregistrements de recherche se font « en plus » du monitoring clinique, avec consentement éclairé du patient. Chaque enregistrement humain unicellulaire est donc extrêmement rare et précieux.
🚀 Pour aller plus loin
Contenu pédagogique original — Réussir SVT. L’équipe Réussir SVT.