L’apprentissage de la lecture par le cerveau peut aussi être liée à la capacité d'attention

Date :
Mis à jour le 30/12/2019
Des scientifiques de l'équipe Parietal du centre de recherche Inria Saclay - Île-de-France1 dirigée par Demian Wassermann, de l'équipe Athena2 du centre Inria Sophia Antipolis - Méditerrannée et de l'université de Stanford3, dirigée par Vinod Menon, Lang Chen et Daniel A. Abrams, ont découvert que la fameuse aire cérébrale de la lecture (« visual word form area » en anglais ou VWFA), une sous-région d’une zone du cerveau associée au langage écrit et probablement aussi à l'attention visuelle, peut être impliquée non seulement dans les circuits du cerveau chargés de la lecture et du langage mais aussi dans ceux de l’attention. Les recherches sur cette « dualité de la VWFA » , publiées dans la revue Nature Communications , pourraient nous éclairer davantage sur les éventuelles causes physiologiques de troubles tels que l'hyperactivité et la dyslexie.
Apprentissage
© Inria / Photo Kaksonen

Si les humains sont les seuls êtres vivants capables de lire et comprendre des mots écrits, leur cerveau n'a toutefois pas évolué pour acquérir cette aptitude cognitive puisque l'invention de l’écriture est plutôt récente dans notre Histoire. Bien que les chercheurs aient identifié il y a plus d’un siècle un lien entre certaines régions du cerveau comprenant la VWFA et la capacité de lire des mots, le fonctionnement du cerveau renferme encore bien des mystères et fait l’objet de nombreuses théories différentes.

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Un organe complexe

Le cerveau humain est un organe complexe divisé en plusieurs centaines de petites zones, chacune ayant des fonctions spécifiques telles que la vue, l'ouïe, le mouvement et la mémoire. La plupart de ces zones de l'ordre du centimètre contiennent des motifs cellulaires bien identifiables et visibles au microscope. La région du cerveau impliquée dans la reconnaissance d'un ensemble de stimuli visuels, notamment les visages, les objets et les lieux, est connue sous le nom de cortex visuel ventral et la VWFA constitue une sous-région de cette aire (appelée région occipitotemporale subventrale).

Si les chercheurs savent maintenant3 que la VWFA traite les lettres et les mots écrits et transmet ensuite ces informations aux régions du cerveau d'ordre supérieur chargées du langage pour le traitement linguistique, le rôle fonctionnel précis de la VWFA et des circuits cérébraux qu'elle gère est encore mal compris. S’il est bien connu que la VWFA est optimisée pour les lettres et les mots, des expériences récentes ont révélé que cette zone traite également d'autres stimulus visuels, comme les visages et les chiffres4. D'autres expériences ont montré que les circuits cérébraux impliqués dans l'attention5 - comme ceux du réseau frontopariétal - jouent également un rôle clé dans la VWFA .

Le projet Human Connectome

Dans leurs travaux, les équipes des centres Inria et de Stanford se sont appuyées sur les données du Projet Human Connectome (HCP). Cette initiative sur cinq ans, d'une valeur de quarante millions de dollars, financée par les National Institutes of Health (NIH) aux État-Unis, vise à cartographier le réseau de communications à longue distance du cerveau (le connectome) chez plus de 1 000 personnes grâce à une technologie IRM (imagerie à résonance magnétique) nouvelle génération.

Pour le HCP, chaque région du cerveau est reliée par des millions d'axones (projections neuronales filiformes) qui se déplacent en parallèle et s'enroulent pour former de longs faisceaux de fibres nerveuses qui ressemblent fortement à d’épais câbles à fibre optique. Il semblerait que les différentes zones du cerveau acquièrent leurs caractéristiques fonctionnelles selon la façon dont ces faisceaux de fibres sont connectés et s'envoient des signaux entre eux . Le connectome, qui représente en fait un réseau de milliers de ces faisceaux de fibres nerveuses, limite naturellement les neurones ou les populations neuronales qui peuvent interagir et la force ou la direction de leurs interactions.

Modèles de connectivité

Les chercheurs d'Inria et de Stanford ont commencé par examiner dans des échantillons de 313 individus la connectivité structurelle et fonctionnelle de la VWFA . Les connexions peuvent être mises en évidence en observant l'oxygénation synchronisée des zones du cerveau, par exemple. Ils se sont d'abord concentrés sur les modèles de connectivité de la VWFA par l'intermédiaire des axones avec les systèmes préfrontal latéral, temporal supérieur et pariétal inférieur du cerveau impliqués dans le langage. Ils ont ensuite examiné ses modèles de connectivité avec les systèmes d'attention fronto-pariétale.

Ces deux expériences fournissent des informations très différentes. L'expérience sur le langage permet de savoir comment la VWFA est structurellement et fonctionnellement liée aux nœuds du langage de l'hémisphère gauche impliqués dans la correspondance entre les mots écrits et les représentations phonologiques et lexicales. Ces modèles seraient liés à de solides compétences en lecture. L'expérience sur l'attention, quant à elle, fournit des informations sur la force des modèles de connectivité structurelle et fonctionnelle entre la VWFA et le réseau d'attention visuospatiale frontopariétale.

Équipe multidisciplinaire

Les chercheurs ont constaté que la VWFA est en fait étroitement liée aux réseaux de l'attention et du langage du cerveau et que chacun de ces réseaux a ses propres modèles de connectivité respectifs. Les résultats indiquent que la VWFA n'est pas seulement spécialisée dans la lecture et la fonction du langage, mais qu'elle joue un rôle beaucoup plus large dans l'intégration du langage et de l'attention . Ils pourraient nous aider à mieux comprendre les causes physiologiques de troubles tels que l'hyperactivité (troubles de l'attention) ou la dyslexie (troubles du langage écrit) qui sont difficiles à expliquer sur le plan physique.

Si ces travaux de recherche ont pu être réalisés, c'est grâce à la multidisciplinarité des équipes qui y ont collaboré. Demian Wasserman et ses collègues sont spécialisés dans la modélisation de la structure du cerveau et de la variabilité des données obtenues à partir d'images IRM à très haut champ et ont travaillé sur le traitement du signal. Lang Chen et ses collègues se sont concentrés sur l'analyse cognitive des résultats et des fonctions cérébrales.


  1. Équipe-projet Parietal, Inria Saclay - Île-de-France, CEA, Université Paris-Sud
  2. Équipe-projet Athena, Inria Sophia Antipolis - Méditerranée
  3. Département de psychiatrie et des sciences du comportement, Université de Stanford