ABREVIATIONS

MNI : montreal neurological institute.

TAB. : tableau.

FIG : figure.

U.A : unité arbitraire.

L1 : langue maternelle.

L2 : deuxième langue.

I : intensité.

V : volume.

IRMf : imagerie par résonance magnétique fonctionnelle.

SPM : statistical parametric mapping.

3D-SPGR : three-dimensional spoiled gradient-recalled (3d-spgr) magnetic resonance

imaging (mri).

RMN : resonance magnetic nucléaire.

L : left.

R : right.

IPS : inferior parietal sulcus.

IFG : inferior frontal gyros.

SPL : superior parietal lobule.

STG : superior temporal gyros.

EMC : encyclopédie medico-chirurgicale.

TEP : tomodensitométrie par émission de positrons.

AB : aire de brodman.

LTS : lobule temporale superieur.

Plan

PREMIERE PARTIE : ETUDE THEORIQUE……………………………………………………………… 1

INTRODUCTION. ………………………….……………………………………………………………… 3

I. A propos du langage. ………………………………………………………………………………… 4

1-Generalites. ……………………………………………………………………………………… 4

2-Definition. ………………………………………………………………………………………... 4

2-1 Le langage. ……………………………………………………………………………… 4

2-2 La langue. ………………………………………………………………………………. 5

2-3 La parole. ……………………………………………………………………………….. 5

3-Aperçu historique. ……………………………………………………………………………… 5

3-1 Broca. …………………………………………………………………………………….. 5

3-2 Wernickee. ………………………………………………………………………………. 6

3-3 Geschwind. ……………………………………………………………………………… 6

4-A propos de la langue arabe: données historiques et linguistiques. …………………6

4-1 Données historiques. …………………………………………………………………. 6

4-2 Données linguistiques. ……………………………………………………………….. 7

II- L’organisation de la fonction de langage dans le cerveau humain…………………………11

A- Données génétiques……………………………………………………………………………11

1- Evolution du langage et génétique………………………………………………….. 11

1-1 Le langage et l’évolution de son acquisition……………………………….11

1-2 Le langage et la génétiques……………………………………………………15

B. Données anatomiques: principales aires impliquées dans les réseaux de langage 17

1. Le système, postérieur: ………………………………………….……………………. 17

1-1 Aire de Wernicke, AB22: ………………………………………………………. 17

1-2 Gyrus Supramarginal AB40…………………………………………………….17

1-3 Gyrus angulaire AB39……………………………………………………………18

2. Le système antérieur……………………………………………………………………. 18

3. Autres structures de l'hémisphère gauche impliquées dans le langage………18

4. Implication de l'hémisphère droit …………………………………………………… 20

C. Données fonctionnelles……………………………………………………………………… 20

1. Le système postérieur………………………………………………………………….. 20

2. Le système antérieur …………………………………………………………………... 21

3. Les autres structures de l'hémisphère gauche impliquées dans le langage 21

4. Les structures de l'hémisphère droit……………………………………………….. 21

D. Données physiologiques…………………………………………………………………….. 22

1. Exemple de la lecture d’un mot……………………………………………………… 22

2. La nouvelle problématique……………………………………………………………. 24

2-1.La connectivité fonctionnelle…………………………………………………. 24

2-2 La connectivité anatomique……………………………………………………24

3. Particularités physiologique : le bilinguisme et la spécialisation

Hémisphérique……………………………………………………………………………. 25

3-1 Le bilinguisme…………………………………………………………………… 25

3-2 Spécialisation hémisphérique……………………………………………….. 26

E. Données psycholinguistiques de la parole: ……………………………………………… 28

1- La représentation phonologique: …………………………………………………… 28

2- Du signal acoustique a la signification: …………………………………………… 28

3- Informations sémantiques: …………………………………………………………… 29

III- l’IRM fonctionnelle cérébrale. ……………………………………………………………………. 31

1- Introduction a l’IRM. …………………………………………………………………………. 21

1-1 Principes de fonctionnement de l’IRM et principe de la résonance

magnétique nucléaire. ………………………………………………………………… 31

2- Introduction a l’IRM fonctionnelle cérébrale. …………………………………………….36

2-1 Avantages de l’IRMf. ………………………………………………………………….. 36

2-2 Principes et mécanismes de l’IRMf. ……………………………………………….. 36

2-3 Méthodes d’exploration fonctionnelle de l’activité et de l’interactivité. ….. 41

2-4 Analyse d’images et corrélation aux techniques électro physiologiques…. 43

2-5 Emergence de méthodes d’analyse du signal bold. …………………………… 45

2-6. Principaux résultats: ………………………………………………………………… 46

DEUXIEME PARTIE : ETUDE PRATIQUE. ……………………………..……………………………….. 49

L´exploration de l’organisation fonctionnelle de la langue arabe. ………………………….. 51

1- Objectifs et intérêts. …………………………………………………………………………. 51

1-1 Intérêts de l’étude. …………………………………………………………………… 51

1-2 Objectifs. ……………………………………………………………………………….. 52

1-3 Etapes de l’étude: …………………………………………………………………….. 52

2. Etude de la prévalence de mots par caractère. …………………………………………. 53

2-1 Introduction. …………………………………………………………………………… 53

2-2 Objectifs. ……………………………………………………………………………….. 53

2-3 Matériels et méthodes. ……………………………………………………………… 53

2-4 Résultats. ………………………………………………………………………………. 55

2-5 Conclusions. …………………………………………………………………………….56

3. Design et paradigme de l’exploration linguistique en l’IRMf. ……………………….. 56

4. Protocole de l’exploration fonctionnelle du langage par l’IRMf. ……………………. 57

4-1 Sélection des sujets. …………………………………………………………………. 57

4-2 Schéma expérimental. ………………………………………………………………. 60

4-3 Matériel(s) et logiciel de stimulation. …………………………………………… 60

4-4 Acquisition IRMf. ……………………………………………………………………… 61

4-5 Traitement des images. ……………………………………………………………… 64

TROISIEME PARTIE : RESULTATS ET DISCUSSION. ………………………………………………… 69

I. Présentation des résultats. ……………………………………………………………………….. 71

1. Représentation cérébrale fonctionnelle de la langue arabe…………………………... 72

2. La différence entre les sexes dans la représentation cérébrale fonctionnelle

de la langue arabe………………………………………………………………………………. 73

3. Représentation de l’intensité moyenne d’activation cérébrale fonctionnelle

pour chaque caractère…………………………………………………………………………. 74

4. Représentation d’intensité d’activation cérébrale pour chaque caractère

et pour chaque sexe……………………………………………………………………………. 75

5. Représentation des intensités d’activation cérébrale par caractère et par région... 76

II. Discussion des résultats. …………………………………………………………………………… 77

1. Interprétation de la représentation cérébrale fonctionnelle de la langue arabe….. 77

1.1. Lobe occipital …………………………………………………………………………. 77

1.2. L’aire de Broca…………………………………………………………………………. 78

1.3. L’aire motrice supplémentaire……………………………………………………… 79

1.4. Lobe pariétale………………………………………………………………………….. 79

1.5. Lobule pariétal inférieur-temporal supérieur……………………………..……. 82

1.6. Lobule temporal inférieur…………………………………………………………… 82

2. La différence entre les sexes dans la représentation cérébrale fonctionnelle

de la langue arabe………………………………………………………………………………. 83

3. Comment interpréter la différence d’activation cérébrale entre les caractères…... 84

4. Discussion de la représentation de l’intensité de l’activation cérébrale pour

chaque caractère et pour chaque sexe……………………………………………………... 85

5. Comment interpréter les différences de localisation et d’intensité d’activation

cérébrale pour chaque caractère…………………………………………………………….. 86

CONCLUSION ET PERSPECTIVES D’AVENIR. ……………………………….……………………….. 87

RESUMES…………………………………………………………………………………………………… 89

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES………………..…………………………………………………….. 92

- 1 -

PREMIERE PARTIE : ETUDE THEORIQUE :

- 2 -

PLAN DE LA PARTIE THEORIQUE INTRODUCTION. ………………………….……………………………………………………………… 3 I. A propos du langage. ………………………………………………………………………………… 4 1-Generalites. ……………………………………………………………………………………… 4 2-Definition. ………………………………………………………………………………………... 4 3-Aperçu historique. ……………………………………………………………………………… 5 4-A propos de la langue arabe: données historiques et linguistiques. …………………6 II- L’organisation de la fonction de langage dans le cerveau humain…………………………11 A- Données génétiques……………………………………………………………………………11 1- Evolution du langage et génétique………………………………………………….. 11 B. Données anatomiques: principales aires impliquées dans les réseaux de langage 17 1. Le système, postérieur: ………………………………………….……………………. 17 2. Le système antérieur……………………………………………………………………. 18 3. Autres structures de l'hémisphère gauche impliquées dans le langage………18 4. Implication de l'hémisphère droit …………………………………………………… 20 C. Données fonctionnelles……………………………………………………………………… 20 1. Le système postérieur………………………………………………………………….. 20 2. Le système antérieur …………………………………………………………………... 21 3. Les autres structures de l'hémisphère gauche impliquées dans le langage 21 4. Les structures de l'hémisphère droit……………………………………………….. 21 D. Données physiologiques…………………………………………………………………….. 22 1. Exemple de la lecture d’un mot……………………………………………………… 22 2. La nouvelle problématique……………………………………………………………. 24 3. Particularités physiologique : le bilinguisme et la spécialisation

Hémisphérique……………………………………………………………………………. 25 E. Données psycholinguistiques de la parole: ……………………………………………… 28 1- La représentation phonologique: …………………………………………………… 28 2- Du signal acoustique a la signification: …………………………………………… 28 3- Informations sémantiques: …………………………………………………………… 29 III- l’IRM fonctionnelle cérébrale. ……………………………………………………………………. 31 1- Introduction a l’IRM. …………………………………………………………………………. 21 2- Introduction a l’IRM fonctionnelle cérébrale. …………………………………………….36

- 3 -

INTRODUCTION:

Chaque jour nous parlons et nous comprenons ce que nous disent les gens,

dans les conditions normales, nous faisons cela sans aucun effort, et pourrait on

dire presque instantanément.

Nous traduisons nos pensées en mots et en phrases pour communiquer avec

autrui sans que cela nous coûte beaucoup d’effort conscient, de la même façon nous

n’avons aucun problème pour saisir la pensée exprimée dans les mots et les phrases

qui nous sommes adressés.

Devant tant de simplicité il pourrait paraître surprenant à certains que les

processus qui sous-tendent ces capacités soient d’une si grande complexité.

Toute personne normale, utilise le langage naturellement, on pourrait

facilement se laisser abuser par ce fait et penser qu’il n’y a pratiquement rien à

expliquer de cette remarquable capacité. Cependant comme nous le verrons plus

loin, les systèmes qui sous-tendent le langage sont très complexes et toute

explication simple et évidente de nos capacités linguistiques est nécessairement

suspecte.

- 4 -

I. A propos du langage:

1-Généralités: Parmi toutes les fonctions du cerveau humain, le langage est une des

fonctions où l'organisation cérébrale atteint son plus haut degré de complexité. Des

séries d´opérations se produisent dans des réseaux neuronaux successifs [1,2].

Les avancées importantes dans la recherche sur le langage proviennent des

travaux issus de la recherche fondamentale en linguistique et en neurosciences

cognitives, et c’est grâce au langage, sous toutes ses formes, orale, écrite ou

gestuelle, que la vie mentale humaine, cognitive et émotionnelle, se distingue de la

vie mentale de l'animal essentiellement instinctive. L'ensemble des aptitudes

cognitives de l'Homme repose essentiellement sur le langage. L'Homme, grâce au

langage, est capable de conceptualiser des raisonnements et des stratégies

logiques, des états d'âme et des sentiments affectifs ou émotifs, ainsi que de les

exprimer par des signifiants oraux, gestuels et écrits [2,3].

2-Définitions:

2-1 Le langage:

Correspond à la faculté naturelle, inhérente et universelle de l’être humain

permettant de construire des systèmes servant à la communication; son étude

comporte deux parties, l’une ayant pour objet la langue (le code), l’autre la parole

(l’utilisation du code) [4].

On reconnaît dans tout langage 3 composantes, la forme, le contenu et l’usage:

- La forme comprend les sons et la syntaxe permettant l’utilisation.

- Le contenu représente la signification ou sémantique du langage, c'est à dire

qu'il fait référence aux idées véhiculées par la forme.

- 5 -

- L'usage (ou pragmatique) est l'ensemble des circonstances sociales et le

contexte général de la communication linguistique [5].

2-2 La langue:

Est un système de signes vocaux spécifiques aux membres d'une même

communauté linguistique; elle est un instrument de communication à l’intérieur de

cette même communauté. De point de vue socio-linguistique, un symbole d’identité

et d’appartenance culturelle. En tant que code, la langue demeure une convention

sociale, à priori indépendante des variations individuelles. [4].

2-3 La parole:

Elle représente la réalisation particulière, concrète et individuelle d’une

langue[4].

3-Aperçu historique global:

Les scientifiques ont trouvé que le cerveau contrôlait tous les aspects du

langage tant au niveau de sa production (encodage) que de sa compréhension

(décodage) [6]. C’est au 19ème siècle que l'intérêt pour le rapport entre langage et

cerveau a été entrepris [7].

3-1 Broca:

L'identification de régions du cerveau impliquées dans le langage débuta en

1861, avec les travaux du chirurgien français Paul Broca sur un patient incapable de

prononcer d'autres mots que "tan". Ce patient comprenait ce qu'on lui disait, alors

qu'il ne présentait aucun trouble moteur de la langue ou la bouche, il était incapable

de produire une phrase complète ou d'exprimer ses idées par écrit. L'observation du

cerveau de ce patient ainsi que 8 autres cas présentant des signes cliniques

- 6 -

similaires trouvait des lésions corticales dans la partie postérieure du lobe frontal

gauche, et conduisirent Paul Broca à identifier un centre du langage dans cette zone

et à affirmer que "nous parlons avec l'hémisphère gauche" [8].

3-2 Wernicke:

Dans les années 1870 en Allemagne, Carl Wernicke identifia une autre région

de l'hémisphère gauche impliquée cette fois dans la compréhension du langage. Il

s'agit d'une région corticale située dans la partie postérieure du lobe temporal

gauche. Les patients présentant une lésion de cette zone peuvent parler (parole

fluente) mais leur discours est incompréhensible [8].

3-3 Geschwind:

Les connaissances à propos du langage et cerveau ont évolué. Ainsi en 1970,

le neurologue américain Norman Geschwind présentait l'importance d'une autre

zone corticale gauche qui est le lobule pariétal inférieur. Cette zone corticale est

connectée par d'importants réseaux de fibres nerveuses à la fois à l'aire de Broca et

à l'aire de Wernicke (des informations peuvent donc circuler entre l'aire de Broca et

l'aire de Wernicke, soit directement par le faisceau arqué, soit indirectement par le

territoire de Geschwind) [8-10].

4-Données historiques et linguistiques de la langue Arabe:

4-1 Données historiques:

L'Arabe est attestée depuis le 10ème siècle avant notre ère. C'est la langue

sémitique la plus conservatrice. Elle a gardé la déclinaison du sémitique primitif.

L'Arabe est une des langues les plus importantes de l'histoire de l'humanité.

C'est non seulement la langue du Coran et d'innombrables commentaires

coraniques, mais aussi de la poésie, de la philosophie, d'ouvrages historiques, de

- 7 -

dictionnaires, de traités de sciences exactes, de récits de voyages et d'aventures. Elle

est la langue de culture de 300 millions d'arabophones et langue de référence

privilégiée de plus d'un milliard et demi de musulmans. Elle est aussi l'une des

grandes langues du christianisme oriental [11].

4-2 Données linguistiques:

Le système de l’alphabet, le système de formes des caractères, le système de

l’orientation de l’écriture, le système de dérivation morphologique, le système

d’affixation, le système d’inflexion, le système des schèmas syntaxiques, le système

nominal et le système du passif; autant de microsystèmes spécifiques de langue

entremêlés et corrélés à l’intérieur d’un macro système nommé langue arabe.

a. Systèmes de phonèmes, prononciation et graphie de l’arabe:

La langue arabe s’écrit et se lit de droite à gauche, son alphabet compte vingt

huit consonnes qui changent de forme et de présentation selon leur position dans le

mot. Certaines de ces caractéristiques peuvent être source d’ambiguïté.

Prés de la moitié des phonèmes de l’Arabe n’existent pas en français

(Tableau.I) C’est ainsi que l’Arabe a plusieurs particularités [12].

- 8 -

Lettre Représentation phonétique Caractéristiques Lettre Représentation

phonétique Caractéristiques

A Occlusive اglottale. ض d Occlusive sonore

emphatique.

B Occlusive بlabiale. ط t Occlusive sourde

emphatique.

T Occlusive تdentale. ظ Z Fricative sonore

emphatique.

ɵ Fricative ثinterdentale. ع ʕ Fricative sonore.

Dz Occlusive جpalatale. غ ġ Fricative sonore.

.F Fricative labiale ف .h Fricative sourde ح

Q Occlusive sourde ق .χ Fricative vélaire خuvulaire.

D Occlusive دdentale. ك K

Occlusive vélaire, comme le son

correspondant en français.

ð Fricative ذinterdentale. ل L

Comme le son correspondant en

français.

R Vibrante sonore رroulé. م M

Comme le son correspondant en

français.

Z Fricative زsifflante. ن N

Comme le son correspondant en

français.

S Fricative سsifflante. ه H Fricative glottale

sonore.

ʃ شComme ch français de

«chat». W و

Comme le son correspondant en

français.

Fricative صemphatique de s ي J Comme y en

français de payé.

Tab.I : L’alphabet et la translittération phonétique arabe : [13].

- 9 -

b. La voyellation:

Les signes de voyellation en langue arabe sont notés sur les formes des signes

diacritiques placés au-dessus ou au-dessous des lettres. On constate l’étendue du

rôle que jouent les voyelles en arabe, non seulement parce qu’elles enlèvent

l’ambiguïté mais aussi parce qu’elles donnent l’étiquette d’un mot indépendamment

de sa position dans la phrase. Cependant elles ne sont utilisées que pour des textes

didactiques. Les textes courants rencontrés dans les journaux et les livres n’en

comportent habituellement pas [14- 18].

C’est au lecteur de faire la voyellation, en fonction de ses acquisitions

linguistiques, du contexte et du sens de la phrase. Cet effort supplémentaire par

rapport aux autres langues (où les voyelles sont contenues dans les mots) pourrait

faire l’objet d’une étude en IRMf).

La phonologie de l’arabe littéral repose en outre sur la distinction entre

voyelles courtes et voyelles longues, distinction inconnue en français.

Voyelles courtes: [13].

«Dammah» Prononcé ‶o‶ en français

«Fathah» Prononcé ‶a‶ en français

«Kasrah» Prononcé ‶i‶ en français

Tanwiin : en fin de mots : [13]

«Double Dammah» Prononcé ‶oun‶ en français

«Double Fathah» Prononcé ‶an‶ en français

«Double Kasrah» Prononcé ‶in‶ en français

- 10 -

Voyelles longues: contenues obligatoirement dans le mot. [13].

Prononcé ‶aa‶ en français ا

Prononcé ‶ou‶ en français و

Prononcé ‶ii‶ en français ي

c. Particularités phonologiques et graphique:

La hamza: [13].

La question de l’orthographe de la Hamza est une source inépuisable de

fautes d’orthographe, y compris de la part des arabophones. C’est un son facile à

prononcer mais parfois difficile à reconnaître surtout pour un francophone.

Position des lettres dans le mot : [13].

Une lettre en arabe peut avoir jusqu'à quatre formes différentes, il y a aussi

une différence entre lettres liées et lettres non liées.

d. La structure syntaxique:

L’agglutination:

Contrairement aux langues latines, l’Arabe est une langue agglutinante où les

articles, les prépositions et les pronoms collent aux adjectifs, noms, verbes et

particules auxquels ils se rapportent. Ceci engendre une ambiguïté morphologique

au cours de l’analyse des mots chez les non professionnels de cette langue [14-18].

e. La sémantique :

Un radical dans la langue arabe signifie le plus petit nombre de lettres qui

peut donner une signification à un mot. Dans la langue arabe la plupart des radicaux

sont composés de trois lettres [19].

- 11 -

D’un seul radical ( ج ذر), le système de dérivation dans la langue arabe peut

produire un très large nombre de mots ou forme lexicale, et chaque mot dérivé a

une signification sémantique indépendante mais de la même famille [19].

Nombre des radicaux dans la langue arabe:

Une étude quantitative des radicaux dans la langue arabe a été réalisée et

l’étude de ces radicaux a été faite à partir des 5 dictionnaires arabes les plus fameux

(Jamhatatu al lughah, Tahdibu al lughah, Al muhkam, Lisanu al arab, Al kamus Al

muhit) Tab.II [19-22].

Type de radical nombre pourcentage Les dérivations possibles Bi littéral 115 1.33 Pas de dérivations

Tri radicale 7198 63.43 Verbes et noms contient un système de dérivation le plus riche de tous les types des

radicales quadri radicale 3739 32.95 Verbes et noms Cinq radicaux 295 2.29 Uniquement des noms

La somme totale 11347 100 Tab.II : Nombre des radicaux dans la langue arabe [19-22].

Il est connu que les manières utilisées pour générer ou dériver des verbes,

noms et adjectifs à partir des formes tri radical sont très nombreuses. Chaque

radical, peut générer des centaines de mots en respectant ses spécifiques manières

de dérivations [23, 24].

- 12 -

II- L´organisation de la fonction de langage dans le cerveau humain: A- Données génétiques

1- Evolution du langage et génétique:

1-1 Le langage et l’évolution de son acquisition:

Au cours des deux dernières décennies, l'acquisition du langage à fait l'objet

d'un grand nombre de travaux de recherches relevant de disciplines diverses, de la

psychologie cognitive, de la neuropsychologie et de la psycholinguistique décrivant

ainsi les grandes étapes de son acquisition [25].

Du point de vue fonctionnel, tous les enfants ont accès à un flux continu de

paroles comme facteur d’apprentissage d’une langue. Un point est incontesté, c'est

la constance et même l'invariance des différentes étapes de l'acquisition du langage

selon les cultures [26].

a. Pendant la première année de la vie:

Le nouveau né a de remarquables capacités perceptives de traitement des

sons de parole même au stade fœtal. Apres quelques jours de vie, il est non

seulement capable de discriminer entre les contrastes phonétiques exploités par

n’importe quelle langue naturelle, mais encore de structurer très précocement

l’univers sonore qui l’entoure afin de dégager les traits spécifiques à la langue de

son environnement [27].

L’enfant acquiert tout d'abord le comportement de lallation (babillage)

constitué de sons différenciés produits de manière non spécifique.

- 13 -

b. A partir d'un an:

Le système phonologique se met en place, l'enfant peut prononcer plus ou

moins distinctement un nombre croissant de mots, cette étape étant marquée par

un phénomène d'écholalie, c'est à dire de répétition en écho des sons entendus [28].

c. A partir de 2 ans:

La compréhension du langage entendu est quasi complète et le système

morphosyntaxique se construit. Il y a lieu à élaborer des phrases de 2 ou 3 mots

dont l'organisation commence à répondre à des règles syntaxiques [29].

d. Au cours de la 3ème année :

L'acquisition du vocabulaire s'intensifie pour atteindre environ 1000 mots à 3

ans (Fig.1)

Fig.1: Nombre de mots approximatifs du Vocabulaire d’un enfant de 0 à 3 ans. On note le caractère exponentiel de cet apprentissage durant les premières années. Ref. « http://lecerveau.mcgill.ca. »

- 14 -

Lors de l’acquisition de la syntaxe ; les phrases sont d'abord de "style

télégraphique" (mots-phrases, mots-valises), puis comportent progressivement

sujet, verbe, complément, qualificatifs, pronoms. Le "je" apparaît vers 3 ans

marquant une étape importante de l'individualisation et de la reconnaissance de sa

propre identité par l'enfant [30-33].

e. Entre 3 et 5 ans:

L’enfant possède déjà un vocabulaire proche de celui de l'adulte. Plus

surprenant encore est son aptitude à assimiler par simple imbibition, sans qu'elles

lui soient formellement énoncées, un certain nombre de règles, de combinaisons

complexes qui définissent le langage adulte. Le langage continue alors d'évoluer:

enrichissement du vocabulaire, perfectionnement de la syntaxe (concordance des

temps, accord des participes passés). Le langage progresse aussi sur le plan

expressif et cognitif (acquisition de la métaphore) [30-33].

f. Vers 6 ans:

L’enfant est en général prêt pour l'apprentissage du langage écrit: la lecture

est normalement acquise en une année scolaire, elle continuera de progresser par la

suite (rapidité, automatisation). L’enfant utilise de plus en plus de substantifs, de

verbes et d’adjectifs. Son vocabulaire compte maintenant plus de 2500 mots [30-

33].

La maturation langagière s’articule entre des facteurs endogènes et exogènes,

génétiques, neurologiques ainsi qu’environnemental et culturel [34]. L’âge moyen de

chacune de ces étapes ainsi que la succession de ces étapes ne varient pas entre les

différentes cultures. En outre dans toutes les cultures, il est bien établi que

l'aptitude du cerveau à apprendre une langue diminue considérablement après la

puberté [35].

- 15 -

1-2 Le langage et la génétiques:

a. Historique:

Vers l’année 1990 plusieurs membres d’une famille présentaient un trouble du

langage n’intéressant que la fonction grammaticale et la transmission génétique

semblaient être autosomique dominante ce qui a défrayé la chronique des sciences

cognitives [36-39].

b. Le langage est une propriété à l’homme seul:

Il y a longtemps que nous savons que le génome de l’homme et celui des

chimpanzés sont similaires à 98,5 % [40, 41]. Les chimpanzés élevés dans un

environnement humain n’acquièrent pas les compétences linguistiques humaines,

même avec un apprentissage intensif [42, 43]. Ceci explique que la culture n’est pas

la seule cause à nous attribuer cette capacité de parler. En revanche, des groupes

d’enfants sourds peuvent spontanément créer un système de signes qui possède de

nombreuses caractéristiques du langage oral composé par des mots et des phrases

structurés [44, 45]. Une empreinte génétique confère donc à l’homme et à lui seul

une capacité de parler [46]. Certaines modifications anatomiques sont critiques, par

exemple, des transformations de la morphologie du tractus vocal, génétiquement

encodées [47].

c. Quel est le gène spécifique pour la parole humaine ?

Grâce au progrès récents de la génétique moléculaire, en 2001, une étude a

identifié pour la première fois un gène nommé FOXP2 impliqué dans l’aptitude

humaine à acquérir le langage oral. Une mutation de ce gène FOXP2 chez l’homme

entraîne un trouble sévère du développement de la parole et du langage [48-49]. La

découverte de ce gène a eu lieu grâce à la découverte d’une famille KE dont

plusieurs membres soufraient d’un trouble de langage à transmission autosomique

- 16 -

dominante [50-52]. Ces troubles se composent de plusieurs déficits simultanés,

incluant des difficultés d’articulation, des troubles du langage et des carences

grammaticales [50,53-59].

d. Propriétés et rôle du gène FOXP2:

FOXP2 appartient à un groupe de gènes qui sont à l’origine de la synthèse de

protéines [60].

FOXP2 est exprimé dans des parties restreintes du cerveau en développement

et pourrait participer à la formation des substrats neuronaux liés à l’acquisition du

langage oral [61-66]. Des études menées par l’imagerie ont détecté des anomalies

structurelles et fonctionnelles dans plusieurs territoires cérébraux différents chez

les membres atteints de la famille KE [57, 67, 68]. Ces anomalies consistent en une

réduction bilatérale de la densité de la substance grise dans le noyau caudé,

responsable d’une sous-activation significative de plusieurs régions liées au

langage, dont l’aire de Broca au cours de tâches de production mentale ou verbale

de mots [57, 67, 68].

FOXP2 ne peut être qualifié de «gène de la parole» ou de «gène du langage». Il

n’est qu’un élément d’un phénomène complexe où de nombreux gènes

interviennent [69]. Il n’est pas exprimé exclusivement dans le système nerveux. Il

n’est pas une spécificité à l’homme seul même si sa configuration définitive est

spécifique à l’homme. [61-66].

e. Perspectives:

Un gène tel que FOXP2, qui ne varie quasiment pas dans la population

normale [63, 64, 69], pourrait permettre de mieux comprendre les deux types de

mécanisme à la fois neurologique et non neurologique qui gouvernent le langage.

- 17 -

Les études futures de FOXP2 pourraient autoriser un progrès important des

connaissances de notre héritage linguistique. [36, 70- 72].

B. Données anatomiques: Principales aires impliquées dans les réseaux

de langage:

L’aire de Broca et de Wernicke occupent une surface plus large au niveau de

l’hémisphère cérébral gauche qu’à droite [73-77]. Le sexe et le fait d’être droitier ou

gaucher apparaissent influencer le degré de l’asymétrie. L’aire de Wernicke occupe

une surface plus importante chez les femmes que chez les hommes [78-81]

1. Le système postérieur:

Ce premier système comprend l'aire de Wernicke et le lobule pariétal inférieur

(gyrus angulaire et gyrus supramarginal). Il constitue la "zone de Wernicke".

1-1 Aire de Wernicke, AB22 de Brodman:

C'est la partie postérieure de la circonvolution temporale supérieure gauche

(T1), souvent assimilée au planum temporale. Elle appartient au cortex associatif

spécifique auditif et elle est située immédiatement derrière et sous le cortex auditif

primaire (zone de Heschl) [82].

1-2 Gyrus supramarginal, AB40 de Brodman:

Partie antérieure du gyrus ou lobule pariétal inférieur, il entoure la partie

ascendante de la scissure latérale.

- 18 -

1-3 Gyrus angulaire AB39 de Brodman:

Partie postérieure du gyrus ou lobule pariétal inférieur, séparé du précédent

par le pli intermédiaire de Jensen.

2. Le système antérieur:

Ce deuxième système comprend l'aire de Broca et l'opercule rolandique. L’aire

de Broca correspond à la partie antérieure et postérieure du gyrus frontal inférieur.

L’opercule rolandique correspond à la partie inférieure des deux gyri situés de part

et d'autre de la scissure de Rolando (aires de représentation corticale motrice et

sensorielle des organes de la phonation). Ce système comprend aussi des structures

sous-corticales participant à la motricité (noyau lenticulaire, noyau caudé) et des

fibres d'association reliant ces zones corticales aux structures sous-corticales [8-

10].

3. Autres structures de l'hémisphère gauche impliquées dans le langage:

D'autres structures hémisphériques gauches participent à des aspects plus

élaborés du langage:

• certaines structures sous-corticales notamment le thalamus.

• les régions préfrontales.

• les aires frontales internes.

• différentes régions à la base du lobe frontal et dans la partie inférieure du

lobe temporal (Fig.2)

- 19 -

Fig.2 : Structures cérébrales impliquées dans le langage [8-10]. Les traits vert d'eau surlignent le sillon Rolandique (vertical) et la scissure de Sylvius (horizontale), les lignes rouges

délimitent les différents lobes cérébraux (d'avant en arrière: frontal, pariétal, occipital, et en bas: temporal)

Zones colorées en jaune: aire de Broca, vert sombre: aire auditive primaire, vert clair: aire de Wernicke, bleu ciel:

lobule pariétal inférieur fuschia: aire motrice, rose aire prémotrice, rose orangé: aire motrice supplémentaire, violet

clair: opercule rolandique

taches bleues: aires de médiation (d'avant en arrière: des verbes, des noms propres, des noms d'animaux, des noms

d'objets, des noms de couleurs)

NB: Il existe une importante variété inter-individuelle quant à la position et aux contours de ces diverses aires.

Légendes

1: sillon central (scissure de Rolando), 2:gyrus postcentral, 3: sillon post-central, 4:lobule pariétal supérieur, 5:gyrus

supramarginal, 6: sillon latéral (scissure de Sylvius, rameau ascendant postyérieur), 7: gyrus angulaire, 8:gyrus

occipitaux latéraux, 9: pôle occipital, 10: cervelet fissure horizontale, 11: cervelet hémisphère, 12: cervelet flocculus,

13: moelle allongée, 14: pont, 15: gyrus temporal inférieur, 16: sillon temporal inférieur , 17: gyrus temporal moyen,

18: sillon temporal supérieur, 19: gyrus temporal supérieur, 20: pôle temporal, 21: sillon latéral (scissure de Sylvius)

rameau horizontal postérieur, 22: gyrus orbitaires, 23: sillon latéral (scissure de Sylvius) rameau antérieur ascendant,

24: gyrus frontal inférieur (partie orbitaire), 25: pôle frontal, 26: sillon latéral (scissure de Sylvius) rameau antérieur

horizontal, 27: gyrus frontal inférieur (partie triangulaire), 28: gyrus frontal inférieur (partie operculaire), 29: sillon

frontal inférieur, 30: gyrus frontal moyen, 31: gyrus frontal supérieur, 32: sillon frontal supérieur, 33: sillon para

central, 34: gyrus précentral

- 20 -

4. Implication de l'hémisphère droit:

Les structures de l'hémisphère droit impliquées dans le langage sont

homologues de celles de l'hémisphère gauche. La prise en compte du contexte du

discours met en jeu la portion postérieure du lobe temporal et le lobule pariétal

inférieur. Ces structures sont en relation avec le lobule pariétal gauche par les fibres

du corps calleux [8-10].

C. Données fonctionnelles:

1. Le système, postérieur:

Il intervient dans la réception et la compréhension du langage et dans certains

aspects de la production orale (et écrite).

Il décode les sons du langage (aire de Wernicke) et accorde une signification

aux mots (gyrus angulaire).

Il ordonne la composition du langage en sélectionnant les mots à produire

selon leur signification. Il planifie les séquences de sons qui les constituent. Il

sélectionne les phonèmes, et ordonne les phonèmes dans les syllabes, les syllabes

dans les mots, et les mots dans les phrases (gyrus supramarginal) [8-10].

Cette aire doit être considérée non seulement comme le site de

compréhension de la parole, mais aussi comme un "processeur de sons de la

parole". Elle gère la combinaison de sons en mots et l'utilisation ultérieure en

concepts. C'est en fait le point de passage donnant accès à un réseau interconnecté,

associant les sons ainsi assemblés à d'autres informations, sensorielles ou

mnésiques pour donner aux mots l'intégralité de leur signification pour un individu

[83].

- 21 -

2. Le système antérieur :

A partir des informations élaborées par le système postérieur, le système

antérieur:

• effectue une sélection des programmes moteurs qui vont servir à la

réalisation de la parole. Il en dirige par la suite l'exécution.

Ce système joue un rôle fondamental dans l'utilisation et la compréhension

des formes grammaticales. [8-10].

3. Les autres structures de l'hémisphère gauche impliquées dans le langage:

D'autres structures hémisphériques gauches participent à des aspects plus

élaborés du langage. Certaines structures sous-corticales modulent et coordonnent

le fonctionnement des zones corticales (la plus importante est le thalamus). Les

régions préfrontales prennent en charge la planification du discours et sa cohérence

logique. Les aires frontales internes activent l'ensemble des processus du langage.

Différentes régions à la base du lobe frontal et dans la partie inférieure du

lobe temporal semblent fortement impliquées dans l'organisation catégorielle des

connaissances lexicales. Il s’agit (d'avant en arrière) des aires de médiation, des

noms propres, des noms d'animaux, des noms d'objets, puis des noms de couleur

[8-10].

4. Les structures de l'hémisphère droit:

Quand on parle de langage, on doit distinguer deux aspects: le langage verbal

(le sens littéral des mots) et le langage non verbal, c'est à dire tous ce qui "enrobe"

les mots et leur donne une connotation particulière. Chez la majorité des individus

droitiers, ces deux types de langage sont traités par des hémisphères différents.

L'hémisphère gauche permet de formuler et comprendre le sens des mots et des

- 22 -

phrases et l'hémisphère droit gère la part émotionnelle du discours ainsi que les

jeux de mots, l'humour et les métaphores [8-10].

Les troubles dits "pragmatiques" sont relatifs à une mauvaise utilisation

contextuelle du langage, ils concernent soit la prosodie (l'intonation qui véhicule un

message émotionnel), soit l'organisation du discours (nuances apportées par

certains mots, langage corporel), soit la compréhension du langage non littéral (par

exemple: comprendre l'expression "avoir le cœur gros" et non penser que la

personne a un cœur de gros volume) [8-10].

D. Données physiologiques:

1. Exemple de la lecture d’un mot:

Le schéma de la Figure.3, illustre les différentes étapes et les aires impliquées

dans le processus de lecture d’un mot.

- 23 -

N.B: l’attention régule toute étape de ce processus par le cortex cingulaire qui

intervient dans tous les facteurs et il serait un processeur central qui coordonne et

intègre toutes les tâches [85].

Programmation de la réponse motrice (AB44,AB45,AB6,AB8,AB9,AB10)

Monitoring de la réponse erronée Parietal & Occipital

Réponse verbale (4) Putamen, Thalamus, motor Cingulate

Sélection de la réponse Aire Broca (AB44,AB45,AB46)

Rappel et comparaison avec le mot original LTS, Post pariétal (AB21,AB22,AB37,AB39,AB40)

Recodage grapho-phonologique

(AB22, AB40, AB37,

Encodage visuel (graphème) Cortex peristrié (AB19-AB37)

Traitement visuel précoce Cortex strié (AB17)

Fig. 3 : schéma représentant les étapes successives de la lecture d’un mot et les aires sollicitées dans chaque étape (d’après : Geschwind, 1979 [84]).

- 24 -

2. La nouvelle problématique:

L’exemple précédent illustre le parcours de l’influx nerveux depuis la rétine

jusqu’au traitement cérébral du signal visuel, mais il faut réaliser que les

connaissances actuelles sur la connectivité et sur la physiologie du cortex humain

sont encore très limitées [86]. Une étude approfondie de la dynamique du signal

fonctionnel du langage est utile. Elle permettra de donner une idée sur la

connectivité dans le modèle cognitif du langage.

2-1. La connectivité fonctionnelle:

Les méthodes mises en œuvre peuvent reposer sur des analyses multivariées

ou travailler directement dans l’espace des corrélations entre pixels [87- 89]. On

notera enfin l’apparition d’une nouvelle technique visant à accéder à la connectivité

d’une région en la stimulant magnétiquement [90]. Il semble ainsi possible d’induire

une activation dans les régions connectées à la région stimulée.

2-2 La connectivité anatomique:

Simultanément à ce regain d’intérêt pour la connectivité fonctionnelle du

modèle cognitif, l’imagerie du tenseur de diffusion est apparue. Elle ouvre la voie

vers une observation de la connectivité anatomique in vivo [91]. On a montré

récemment la possibilité de suivre par exemple un faisceau de fibres depuis les aires

motrices primaires jusqu’au tronc cérébral [92]. Des progrès restent à accomplir en

terme de résolution spatiale avant d’accéder à la connectivité cortico-corticale. De

tels progrès semblent techniquement envisageables et donneront accès à des

informations architecturales in vivo. On imagine alors aisément les conséquences au

niveau de l’étude de la physiologie cognitive à travers une définition anatomique de

certaines aires corticales dont la connectivité est connue à priori-in vivo ou sur

microdissection - qu’à travers les apports de l’imagerie fonctionnelle. [86].

- 25 -

3. Particularités physiologique : Le bilinguisme et la spécialisation

hémisphérique

3-1 Le bilinguisme:

a. Historique:

Pendant longtemps, on savait que des bilingues pouvaient perdre de façon

sélective l’usage d’une de leurs deux langues, et que la langue préservée n’est pas

nécessairement la langue maternelle, ni celle qu’ils parlaient le plus couramment

avant l’accident. [93, 94]. Ces observations suggèrent que les deux langues ne

recrutent pas exactement les mêmes aires cérébrales. [95].

b. Traitement de la langue maternelle:

Le système perceptif de décodage de la parole est spécialisé pour la langue

maternelle. Les études sur l’acquisition du langage chez les enfants très jeunes

montrent que dès la première année de la vie que ce système se spécialise pour la

langue maternelle [96, 97]. Alors qu’à la naissance le bébé discrimine spontanément

tous les sons des langues humaines, vers 12 mois déjà, il est devenu moins sensible

à certaines distinctions qui ne sont pas présentes dans son environnement bien qu’il

conserve la capacité de réapprendre ces sons plus tard [98- 101].

Il existe alors une influence de la phonologie de la langue maternelle sur une

étape très précoce du traitement de la parole [102-109].

La variation de la hauteur de la voix est aussi un caractère qui diffère d’une

langue à une autre et l’aire de Broca peut être stimulée différemment chez des

sujets ayant ce caractère linguistique de tons et d’autres qui ne l’ont pas dans leurs

langues maternelles [110-114].

La grammaire et la sémantique, peuvent également avoir un impact sur la

différence de représentations corticales entre les langues.

- 26 -

c. Le cerveau bilingue:

Une quinzaine d’études déjà publiées ont examinées des bilingues avec

l’imagerie cérébrale fonctionnelle.

Au cours d’une tâche de répétition de mots, une différence entre L1 (langue

maternelle) et L2 (deuxième langue) dans l’activation du putamen gauche, plus

activé par L2 que par L1. Cela peut être dû à un contrôle moteur plus complexe pour

articuler des mots dans la seconde langue plutôt que dans la première [115].

C’est ainsi que dans des tâches de production de la parole, le nombre de

voxels activés significativement dans le lobe frontal gauche est plus important pour

la langue dans laquelle le sujet est le moins bon. Cette différence d’activation ne

peut refléter qu’un effet de difficulté [116, 117].

Dans une étude en IRMf utilisant la tâche de mémorisation mentale de sa

journée précédente l’attention a été retenue car on a révélé une différence assez

frappante entre L1 et L2, modulée par l’âge à l’acquisition, les activations pour L1 et

L2 dans l’aire de Broca étaient superposées pour les bilingues précoces, et séparées

spatialement pour les bilingues tardifs [118].

Deux facteurs déterminaient le recouvrement des aires activées pour

comprendre L1 et L2: l’âge d’acquisition et le degré de maîtrise de la seconde

langue. D’autres résultats suggèrent qu’une seconde langue très bien maitrisée,

même si elle a été acquise tardivement, activent les mêmes aires que L1 [119-121].

3-2 Spécialisation hémisphérique:

De nombreux travaux dans des domaines divers tendent maintenant à

converger vers l’existence d’une asymétrie structurelle et fonctionnelle du cerveau

dès l’âge néonatal et même dès la vie fœtale [122].

- 27 -

a. Asymétrie structurelle des hémisphères:

Chez l’adulte, les études radio-anatomiques et cyto-architectoniques

convergent vers l'existence d'une plus grande taille des régions qui sous-tendent le

langage dans l’hémisphère gauche que dans l’hémisphère droit chez la plupart des

sujets droitiers (planum temporale, lobule pariétal inférieur, pars opercularis et

triangularis du gyrus frontal inférieur). En fait, cette asymétrie structurelle existe

déjà avant la naissance [123-125].

Cela suggère que le nouveau-né a une propension préprogrammée à

latéraliser son langage à gauche, même si une représentation bilatérale ou un

transfert dans l’hémisphère droit reste possible.

b. Développement de la spécialisation fonctionnelle hémisphérique:

Des études ont montré que les troubles du développement du langage étaient

plus fréquents en cas de lésion gauche très précoce voire prénatale [126]. Ces

troubles touchaient aussi bien la syntaxe, que les manipulations phonologiques,

mnésiques et l’intégration de la syntaxe et des éléments sémantiques [127]. Cela est

dû à la prédisposition pour la spécialisation hémisphérique gauche du langage [128,

129].

Cependant, l’acquisition du langage et de ses composantes analytiques

(phonologiques, syntaxiques, etc.) est un ‶trigger‶ essentiel pour le développement

ultérieur de la latéralisation [130- 132]. Ainsi, l’acquisition et la maîtrise du langage

oral et écrit s’accompagnent d’une spécialisation croissante des réseaux gauches.

Cette spécialisation se prolonge pendant la deuxième décade [133].Si l'acquisition

du langage ne se fait pas normalement pendant la période critique, les asymétries

peuvent ne jamais s’établir [127, 134, 135].

- 28 -

c. Conclusion:

La survenue précoce de facteurs environnementaux particuliers ou d’une

pathologie focale, pourra entraîner une réorganisation de la spécialisation

hémisphérique. Ceci explique la récupération plus ou moins complète du langage en

fonction de l’âge de survenue de la lésion cérébrale.

E. Données psycholinguistiques de la parole:

Il est clair que les opérations qui soutiennent la compréhension d’un message

verbal sont très complexes. Ce sont des processus hiérarchiques allant de bas en

haut, dans le processus du traitement de l’information [137].

1- La représentation phonologique:

La parole n’est qu’un signal acoustique complexe que le sujet encode en une

représentation phonologique qui se déroule tout au long de l’écoute d’un message

verbal [137].

2- Du signal acoustique à la signification:

La représentation phonologique qui résulte du signal acoustique est alors

confrontée aux représentations stockées en mémoire à long terme dans le lexique

interne, ce qui permet d’associer au signal de parole une signification qui s’effectue

dans un temps extrêmement bref permettant le plus souvent une interprétation de

la proposition émit avant l’achèvement complet de la perception du message.

Ce traitement extrêmement rapide est possible grâce à la mise en œuvre de

procédures reposant sur des calculs d'hypothèses utilisant de façon quasi

simultanée des informations contextuelles verbales ou non verbales et des

représentations stockées en mémoire à long-terme. Ces représentations

- 29 -

mémorisées se réfèrent à la connaissance des règles de fonctionnement de la langue

[138-145].

La mémoire à long terme permet l’accès au lexique interne. Ainsi que la

mémoire à court terme dite (phonologique) permet d’assurer le maintien temporaire

et la manipulation de l'information pendant la réalisation de tâches cognitives. Ces

deux types de mémoires aboutissent donc à une étape charnière très importante de

la compréhension [146-147].

3- Informations sémantiques:

Pour percevoir le message acoustique correctement et le comprendre, les

mots perçus du lexique mental interne doivent être placés dans un ordre spécifique,

pour répondre aux règles syntaxiques qui gouvernent la structure de chaque langue.

La sémantique est l’ensemble des règles qui déterminent le sens de la phrase, en

d’autres termes. Les règles sémantiques décrivent comment les différents mots,

occupant différentes positions à l’intérieur de la structure syntaxique, confèrent un

sens à la phrase entière [148, 149].

On a montré qu'il existait deux modalités d'accès aux informations

sémantiques, l'une automatique et l'autre volontaire et consciente. Le contexte dans

lequel une phrase est produite joue incontestablement un rôle important,

déterminant le niveau de complexité des processus requis pour la compréhension de

la parole [148, 149].

- 30 -

Fig. 4 : les différentes étapes du traitement phonologique d’une phrase (Ref http://lecerveau.mcgill.ca.).

- 31 -

III- L´IRM fonctionnelle cérébrale: La résonance magnétique nucléaire est une technique en développement

depuis une cinquantaine d'années. Le phénomène physique a été conceptualisé en

1946 par BLOCH et PURCELL. Ils ont obtenu le prix Nobel en 1952. Cette technique a

été largement utilisée par les chimistes, puis les biologistes.

Les premiers développements en imagerie datent des années 1973. Les

premières images chez l'homme ont été réalisées en 1979. Aujourd'hui, après 15

ans d'évolution, l'IRM est devenue une technique majeure de l'imagerie médicale

moderne. Potentiellement, elle est appelée encore à des développements

importants. En dehors de l'image morphologique avec sa sensibilité diagnostique

démontrée, l'IRM permet aujourd'hui d'autres approches: angiographiques,

métaboliques et fonctionnelles [150].

1- Introduction à l´IRM:

L'IRM ou Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire est une technique

non-invasive, basée sur le principe de la résonance des noyaux d´atomes de

certaines molécules (en imagerie diagnostique c´est l'hydrogène) mis dans u

champs magnétique statique fort et sous l'action de certaines ondes de radio-

fréquences [151].

1-1 Principes de fonctionnement de l’IRM et principe de la résonance

magnétique nucléaire:

L’IRM est une technique basée sur l’exploitation de la résonance magnétique

nucléaire (RMN) des protons de l’eau. En effet, l’eau constitue plus 80% du corps

humain et le proton 1H naturellement abondant est utilisé en RMN.

- 32 -

L’intensité du signal observé va donc dépendre de la concentration en eau,

mais aussi du temps de relaxation des spins nucléaires. Ainsi on pourra obtenir une

image de la répartition de l´eau dans le corps du patient [152].

a. Magnétisme et atome :

Tout noyau porte une charge. Cette charge tourne autour de l’axe nucléaire et

engendre un dipôle magnétique qui s’exprime par une grandeur appelée moment

magnétique noté: μ. En absence de champs, les moments magnétiques sont orientés

de façon aléatoire de sort que le moment magnétique total Mo=0(Fig.5).

Fig.5: Moment magnétique μ et son orientation en l’absence de champs

magnétique. En présence d’un champ magnétique statique Bo, les moments magnétiques

prennent plusieurs orientations, soit deux orientations pour 1H (Fig.6). Ces deux

orientations correspondent à deux états d’énergie.

Fig.6: Orientation du champ magnétique en présence de champs magnétique.

En présence de ce champ, les moments magnétiques associés aux deux états

d’énergie se mettent en mouvement et décrivent deux cônes de précession. Ce

mouvement a une vitesse correspondant à une fréquence de précession ωo [153]

(Fig.7)

- 33 -

Fig.7: La précession d’un proton soumis à un champ magnétique Bo [Encyclopédie wikipedia].

b. Résonance et signal:

Pour observer la résonance, il faut fournir une énergie permettant aux noyaux

de passer de l'état fondamental à l'état excité. Cette énergie est fournie par un

second champ magnétique B1 d'intensité 10 millions fois plus faible que Bo, sous

forme d'impulsions de très courte durée (de l'ordre de nanosecondes à

microsecondes).

Le champ magnétique B1 perpendiculaire à Bo, en tournant autour de celui-ci, il

décrit une vitesse angulaire variable ω.

Lorsque la fréquence de rotation de B1 est égale à la fréquence de précession

de spin, il y a résonance correspondante au passage du spin à un niveau d’énergie

supérieur.

Les protons alignés dans le champ magnétique sont représentés par un

vecteur de magnétisation Mo qui a deux composantes, la magnétisation

longitudinale Mz et la magnétisation transversale Mxy.

Si on supprime le champ B1, le vecteur Mo a tendance à revenir à sa position

initiale c'est à dire colinéaire à l'axe OZ. Sa composante Mxy se déphase et tend alors

vers 0, tandis que Mz croît jusqu’à retrouver la valeur initial Mo [153].

- 34 -

c. La relaxation:

On parle de relaxation quand les noyaux tendent à retrouver leur position

d'équilibre après absorption de l'énergie électromagnétique fournie par B1. On peut

la décomposer en deux types: la relaxation longitudinale et la relaxation

transversale.

La relaxation longitudinale:

A l'équilibre Mz = Mo.

Après basculement par absorption d´énergie Mz = 0

Le retour de Mz à sa valeur de départ Mo est exponentiel.

Cette relaxation longitudinale, dite relaxation T1, correspond au retour à

l'équilibre énergétique du système après l'excitation. La constante de temps T1 est

le temps nécessaire pour que les protons atteignent les deux tiers de leur

aimantation initial. Elle dépend en fait de la mobilité des atomes d'hydrogène ou de

celle des molécules d’appartenance. [154].

La relaxation transversale:

A l'équilibre Mxy = 0

Après le basculement de 90 degrés, Mxy = Mo.

Le retour de Mxy vers 0 est aussi une exponentiel mais négative. [154].

Cette décroissance de la composante transversale se fait en général plus vite

que ne le veut le simple retour à l'équilibre de la composante longitudinale. Elle se

caractérise par le temps de relaxation T2. T2 est en réalité le temps pendant lequel

l’intensité décroît de deux tiers de sa valeur initiale [155].

Ce temps de relaxation T2 est toujours inférieur au temps de relaxation T1. Il

dépend lui aussi de la mobilité des atomes ou des molécules sur lesquelles ces

protons sont engagés.

- 35 -

Ces temps de relaxation vont varier pour un tissu donné selon l'organisation

physico-chimique de l'eau dans ce tissu, et c'est sur ces variations que l’on s'appuie

pour détecter au sein d'un tissu les modifications liées à la présence d´un

phénomène lie à un changement de composition suite à une lésion cérébrale par

exemple [156].

d. Codage de l´image:

Le codage de l´image se fait à la base par application de trois champs de

gradients qui sont:

• le gradient de sélection de coupe permettant de sélectionner le plan de

coupe

• le gradient de codages de phase permettant de sélectionner les mêmes

phases ayant différentes fréquences.

• le gradient de lecture de signale de la même phase.

L’image obtenue est traitée par l’informatique selon un procédé mathématique

appelé transformé de Fourier. Ainsi, on obtient une image interprétable qui contient

l’information anatomique et physiologique. [157](Fig.8)

Fig.8: l´image A est obtenus par codage de signal IRM et l´image B est

obtenue par le transformé de Fourier effectuée par l´informatique. [157]

- 36 -

2- Introduction à l´IRM fonctionnelle cérébrale :

Depuis son introduction en 1992, l’imagerie par résonance magnétique

fonctionnelle (IRMf) du cerveau humain fut adoptée comme une méthode non

invasive pour étudier les fonctions cérébrales. Cette méthode est basée sur la

présence de la désoxyhémoglobine qui lie l’activation neuronale aux réponses

hémodynamiques ou métaboliques. Cette technique a évolué à un tel point qu’il est

possible de construire des aires d’activations pour les fonctions cérébrales

sensorielles et cognitives avec une haute résolution spatiale et temporelle [158].

2-1 Avantages de l’IRMf dans l'étude de l’activation cérébrale :

• Bonne résolution temporelle

• Excellente résolution spatiale•

• Absence de radiation ionisante, technique non-invasive

• Pas d’injection de produit de contraste exogène

• Acquisition possible dans tous les plans et rendu volumique (3D)

• Superposition directe des images fonctionnelles et anatomiques

• Etude individuelle.

• "Peu chère", et de plus, plus disponible. [159].

2-2 Principes et mécanismes de l’IRMf:

a. Origine du contraste en IRMf:

L’IRMf utilise comme agent de contraste une substance endogène qui est

l’hémoglobine contenue dans les érythrocytes.

Soumise à un champ magnétique statique, l’hémoglobine présente des

propriétés magnétiques qui diffèrent selon qu’elle est liée ou non à l’oxygène

moléculaire.

- 37 -

La désoxyhémoglobine présente des propriétés paramagnétiques « électrons

non appariés » qui perturbe localement le champ magnétique. Les différences de

susceptibilités magnétiques qui s’en suivent, s’accompagnent d’une création de

gradient de champ magnétique microscopique intra globulaire et intra vasculaire qui

vont s’étendre jusque dans le milieu péri-vasculaire [160].

La conséquence immédiate de ce champ inhomogène est une chute de

l’intensité du signal. L’accroissement de flux qui s’en suit, consécutif à l’activité

métabolique, va enrichir et diluer le compartiment vasculaire en oxyhémoglobine ou

hémoglobine chargée en oxygène diamagnétique « appariement des électrons». Ce

flux va avoir comme conséquence de réhomogénéiser le champ magnétique statique

et donc d’induire une augmentation de l’intensité de signal qui attendra un

maximum 4 à 6 secondes après le début de l’activité neuronale.

L’amplitude maximale de ce signal sera maintenue en fonction de la durée et

de la période d’activation. A la fin de cette période d’activation le flux et le volume

sanguin vont progressivement diminuer, le flux attendra son débit initial de repos,

plus rapidement. Le volume sanguin l’atteindra plus lentement du fait de contraintes

biomécaniques liées aux résistances des parois vasculaires. Ainsi, l’intensité de

signal tendra progressivement vers sa valeur physiologique de repos ou ligne de

base.

En résumé, et grâce à son caractère paramagnétique, la désoxyhémoglobine

des globules rouges permet de détecter une éventuelle variation du champ

magnétique autour des vaisseaux sanguins (Figure 1). En effet, les changements

hémodynamiques et métaboliques associés à l'activation fonctionnelle cérébrale

influencent la teneur des tissus en cette molécule qui induit un changement du

signal IRM représentatif de l'activation fonctionnelle. Ce phénomène est connu sous

le nom de l’effet de Dépendance du Niveau d’Oxygénation Sanguine ou BOLD pour

- 38 -

«Blood Oxygenation Level Dependent». De ce fait, les mesures du signal BOLD et de

la perfusion constituent la principale partie de l’IRMf [162] (Fig.9)

Fig.9 : Désoxyhémoglobine et signal IRMf : Pendant les périodes d'activité

neuronale, le flux et le volume sanguin local augmentent avec un petit changement

ou pas de la consommation d'oxygène. En conséquence, la teneur du sang veineux

en oxygène est élevée provoquant une augmentation du signal IRM. [162].

b. Physiologie et mesure de l’activité fonctionnelle:

L’activité corticale mesurée en IRMf est en rapport avec une cascade

d’événements métaboliques de nature électrique et biochimique qui se déroulent au

sein des cellules neuronales [163].

Cette activité synaptique et dendritique, intégrée sur quelques millimètres du

tissu neural, présenterait un rendement énergétique même si faible mais refléterait

néanmoins les fluctuations lentes des potentiels des champs locaux [164]. Ainsi, le

contraste obtenu en IRMf décrit également sous l’acronyme BOLD représenterait la

signature des conséquences électriques, énergétiques et hémodynamiques de

l’activité du cerveau [165, 166].

Néanmoins, les mécanismes précis qui conduisent de l’activité neuronale à

l’activité BOLD sont difficilement quantifiables puisque leur élucidation n’est que

partielle [167,168]. Une stimulation perceptive, cognitive ou somésthésique

engendre dans différentes régions du cerveau une cascade de processus qui

- 39 -

accompagnent l’activité neuronale (Fig.10). La réponse hémodynamique à cette

demande du métabolisme implique une augmentation des flux et volumes sanguins

cérébraux qui varieront dans chaque Voxel activé [169, 170].

Fig.10 : Cascade des effets de l'activation cérébrale sur le signal IRM : La diminution

de la désoxyhémoglobine pendant l’activation s’accompagne d’un rehaussement du

signal (diminution de l’effet T2). Il existe également un rehaussement du signal

secondaire lié à l’augmentation du flux sanguin (Effet T1 d'entrée de coupe) [173].

c. Evolution du signal BOLD et paradigme de stimulation :

Le signal BOLD évoluera au cours du temps en fonction de la demande

métabolique, de la nature du stimulus et de la localisation des régions cérébrales

impliquées, en relation avec les conditions d’oxygénation, de flux, et de volumes

sanguins cérébraux(Fig.11).

Puisqu’il s’agit d’une technique de mesure indirecte de l’activité électrique et

métabolique « Filtre hémodynamique » et que la réponse hémodynamique est

difficilement quantifiable, un signal de référence, «Ligne de base ou contrôle » est

nécessaire pour vérifier si les variations de signal induites par une composante

d’intérêt de la tâche diffèrent statistiquement de celle d’une tâche de contrôle.

- 40 -

L’IRMf s’appuie le plus souvent sur une comparaison d’images qui comportent

chacune des processus fonctionnels distincts « Activité versus contrôle ». Ces

images alternent suivant un mode précis « paradigme en bloc ou événementiel ».

Le paradigme n’est qu’une succession chronologique d’événements préparés

et exécutés par le sujet, donnant naissance à une activation cérébrale détectée par

l’imagerie, et caractérisée par son intensité, son volume et sa topographie.

Il est possible en IRMf de construire ou modéliser des paradigmes

événementiels plus proche du fonctionnement réel du cerveau puisqu’ils permettent

d’utiliser des stimuli uniques comparables à ceux utilisés pour les mesures des

potentiels évoqués , de pouvoir comparer l’activité à des indices comportementaux

et de s’affranchir de phénomènes de répétition, suppression voire d’habituation de

stimuli répétitifs [171].

Fig.11 : Évolution temporelle du signal dans une zone activée. Les barres

horizontales représentent les deux périodes de stimulation [EMC 2004].

- 41 -

2-3 Méthodes d’exploration fonctionnelle de l’activité et de l’interactivité :

a. Approche exploratoire classique :

Que ce soit dans le domaine des neurosciences ou celui de la clinique, les

résultats fonctionnels apparaissent classiquement en IRMf sous forme d’une

cartographie paramétrique statistique qui exprime des activités relatives suivant la

question le plus communément posée : où cela se passe- t-il ? Ainsi la plupart des

études d’imagerie fonctionnelle s’attache le plus souvent à localiser des fonctions.

Cette approche ne permet pas de comprendre comment les régions cérébrales

interagissent les unes avec les autres pour modifier leur activité. Elle ne permet pas

en l’occurrence de répondre à la question : comment cela se passe-t-il ?

Aucune information dynamique sur la relation interrégionale cérébrale n’est

accessible à partir d’une telle méthode de mesure. Autrement dit, cette méthode

(statistique) ne permet pas d’étudier les covariations (ou interdépendances) existant

entre différentes régions cérébrales activées.

b. Concepts de connectivité fonctionnelle et effective :

Malgré la latence de la réponse BOLD et un certain nombre d’incertitudes

quant à la description exacte des mécanismes microscopiques à l’origine de

l’activité neurovasculaire, de nouveaux concepts émergent et permettent d’aborder

en IRMf l’étude de l’interactivité fonctionnelle.

En définissant des populations de neurones comme des réseaux locaux reliés

transitoirement par des connexions dynamiques, réciproques et largement

distribuées, on propose de faire une distinction entre des réseaux locaux et des

réseaux à « large échelle ». Un réseau local serait défini comme une quantité de

tissu nerveux (<1 cm) qui synchroniserait son activité à partir d’une cytoarchitecture

locale. En revanche, les connexions dynamiques à «large échelle » seraient définies

comme des interactions entre des régions distantes reliées entre elles par des

- 42 -

circuits de faisceaux de fibres (>1 cm). Cette dichotomie de la circuiterie du cerveau

en réseaux locaux et à « large échelle » respectivement, servirait de base neurale

pour appuyer l’hypothèse que l’architecture fonctionnelle cérébrale agirait suivant

les principes de ségrégation et d’intégration fonctionnelles.

Le principe d’intégration fonctionnelle, connu également dans le domaine de

l’électrophysiologie, a été utilisé pour l’analyse des potentiels évoqués obtenus à

partir d’enregistrements multipolaires. Le principe de ségrégation se rapporte à des

processus fonctionnels engagés spécifiquement dans des régions spécialisées et/ou

localisées. Les fonctions du cerveau sont mieux appréhendées sur la base du

principe d’intégration fonctionnelle qui prend en compte les flux dynamiques

d’informations qui transitent à travers différentes régions cérébrales. Dans une telle

approche, ce ne sont pas seulement des régions cérébrales isolées qui sont

supposées traiter l’information, mais un ensemble de régions cérébrales

interagissant de manière cohérente et dynamique.

Ainsi, sur la base du principe d’intégration, les relations fonctionnelles qui

existent entre plusieurs régions cérébrales vont pouvoir être analysées. Ce concept

d’intégration fonctionnelle bien adapté à l’analyse des données en neuroimagerie va

permettre d’identifier des systèmes fonctionnels distribués et d’étudier la

connectivité fonctionnelle et effective.

La connectivité fonctionnelle est définie comme une corrélation temporelle

existant entre des événements neurophysiologiques proches ou distants. La

connectivité effective reflète l’influence qu’un système neural exerce sur un autre

système neural. La connectivité effective dépend principalement d’un modèle

théorique (neurovasculaire ou neuroanatomique) faisant état de connaissances

préalables d’aires interconnectées et d’un modèle mathématique spécifiant une

structure de covariances du réseau à examiner [172].

- 43 -

2-4 Analyse d’images et corrélation aux techniques électro physiologiques :

a. Traitement et analyse des images en IRMf :

Une expérimentation typique en IRMf consiste en une alternance de phases de

repos et de phases d’activation. Pendant la phase de repos, le sujet n’exécute

aucune tâche spécifique, il lui est demandé de se relaxer et de ne penser à rien.

Dans la phase d’activation, il a pour instruction d’exécuter une tâche spécifiée à

l’avance [173].

Ces deux phases sont alternées et répétées un certain nombre de fois, tandis

qu’un volume d’images (dix à 12 coupes) est acquis périodiquement (typiquement

toutes les 3 secondes). Une expérimentation génère un ensemble de volumes

d’images et chaque pixel est ainsi caractérisé par un signal temporel (composé de

80 valeurs) qui traduit l’activité de ce pixel pendant le déroulement de l’examen.

C’est ce signal qui sera soumis aux analyses statistiques pour décider si ce

pixel est impliqué dans l’exécution de la tâche. De manière plus générale, l’IRMf

permet de mener des expérimentations avec des conditions autres que les deux

seules conditions activation-repos. La condition appelée ici « repos» doit être

considérée comme une condition contrôle à laquelle est comparée la condition

active. Avant d’arriver au résultat final qui consiste à détecter les pixels impliqués

dans l’exécution d’une tâche, certains traitements préliminaires sont nécessaires : le

recalage des images et le filtrage du bruit [173].

Recalage d’images :

Cette étape a pour but de rendre superposables les volumes d’images

acquises aux différents instants. Ces images pouvant provenir du même sujet

(recalage intra-sujet) ou de plusieurs sujets dans une étude de groupe (recalage

inter-sujets) [173- 177].

- 44 -

Filtrage du bruit :

Le lissage spatial, est une application Gaussienne qui sert à augmenter le

rapport signal/bruit. Il permet aussi de corriger les défauts résiduels de recalage

[173].

Le lissage temporel à pour but aussi d’améliorer le rapport signal/bruit. Il a

pour but de corriger le signal modulé par les effets des oscillations physiologiques

(respiration, battements cardiaques) qui, par repliements du spectre, deviennent des

basses fréquences. Les fréquences largement plus basses que la fréquence de

stimulation (alternance de repos-activation) sont éliminées [173].

Détection des pixels activés:

Pour être efficace, l’analyse statistique doit tenir compte de la forme

temporelle introduite dans le signal par la réponse hémodynamique.

Les premiers travaux tenant compte de la réponse hémodynamique utilisent

comme indice d’activation du pixel, la corrélation entre le signal et une fonction

modélisant le signal théorique attendu. L’idée principale réside dans la

décomposition du signal observé en une somme pondérée de variables explicatives

[178-180].

Méthode évènementielle :

Les travaux les plus récents utilisent un paradigme expérimental appelé

‶event-related‶ où le sujet est stimulé pendant une brève période (de quelques

secondes), contrairement à la méthode bloquée où la stimulation dure quelques

dizaines de secondes [181]. L’un des avantages de cette nouvelle technique est

d’offrir la possibilité d’étudier le séquencement temporel de l’activation des aires

cérébrales [182]

- 45 -

2-5 Emergence de méthodes d’analyse du signal BOLD :

a. Approche temporelle :

Les régions cérébrales activées et potentiellement connectées entre elles

peuvent être mises en évidence en IRMf à l’aide de techniques statistiques dites

multivariées. On retient parmi celles-ci, les méthodes d’analyse de la structure de

covariance, d’analyse en composantes principales, d’analyse en composantes

indépendantes, de modèles autorégressifs ou encore de modèles génératifs de type

Bayesien. Les modèles structuraux sont probablement les modèles statistiques

actuellement les plus utilisés par la communauté neuroscientifique pour l’étude de

la connectivité effective. Cette technique de modélisation des données d’imagerie,

associée au concept de la connectivité effective, suppose un modèle théorique et/ou

empirique de connexions et l’existence de relations causales entre les régions

impliquées dans le modèle. L’analyse à partir de ces modèles de la structure de

covariance des données théoriques ne fait que confirmer (ou infirmer suivant la

complexité du modèle) les hypothèses causales théoriques [172].

b. Les limites de l’approche temporelle :

Cette analyse de la connectivité cérébrale dans le domaine temporel peut

présenter certaines limites, notamment lorsque celle-ci s’appuie sur des calculs de

corrélation. Dans ce cas, toute forme de bruit spatialement structuré dans les

données peut entrainer des sources majeures d’artefacts. [172].

c. Approche spectrale :

L’analyse de la connectivité cérébrale réalisée dans le domaine spectral

(fréquentiel) peut permettre de s’affranchir de la variabilité interrégionale de la

fonction de réponse hémodynamique et de la nature multi-fréquentielle du signal

hémodynamique. En effet, le signal mesuré en IRMf dans certaines régions du

- 46 -

cerveau est souvent détérioré par un bruit physiologique ayant une nature bien

structurée, notamment celui induit par les pulsations respiratoires et cardiaques. De

telles variabilités interrégionales sont susceptibles d’affaiblir les corrélations

estimées dans le domaine temporel, indépendamment de l’activité neuronale sous-

jacente. Les artefacts qui perturbent habituellement la forme de la fonction de

réponse hémodynamique peuvent être plus facilement contrôlés dans le cas de

l’utilisation d’une analyse spectrale puisque les corrélations peuvent être calculées

cette fois à une fréquence spécifique ou dans une bande de fréquences bien définie.

Cette démarche d’analyse de la connectivité fonctionnelle dans le domaine des

fréquences n’est pas innovante. Elle a déjà été appliquée dans de nombreux travaux

dans le domaine de l’électrophysiologie chez des sujets sains et d’autres malades.

Cette méthode spectrale permet d’extraire un ensemble de paramètres tels que la

phase et le coefficient de cohérence qui reflètent des informations précises sur la

dynamique temporelle.

En IRMf, l’analyse spectrale peut identifier des patterns d’activités

hémodynamiques dans le cas d’une tâche composée de stimuli visuels et auditifs.

Elle peut mettre en évidence dans les régions occipitales une dépendance entre la

durée d’un stimulus visuel et le déplacement de la phase de la réponse

hémodynamique [172].

2-6. Principaux résultats:

a. Applications en recherche :

Les grands axes de recherche en IRMf sont dominés par les études sur la

motricité, le langage, les aires visuelles et les études fondamentales sur l’origine du

signal. D’autres applications sont actuellement en cours de développement, comme

les études portant sur les fonctions cognitives et la pathologie psychiatrique [173].

IRMf et langage : [173].

- 47 -

Une grande application de l’IRMf concerne les études sur le langage. Par

rapport à la TEP, l’IRMf dans les études sur le langage donne une meilleure

résolution spatiale et temporelle. En conditions physiologiques, les activations

retrouvées en génération de mots sont souvent asymétriques, localisées dans les

gyri temporal supérieur et moyen et au pied de la frontale ascendante [183].

Les études réalisées jusqu’à présent ont déjà permis de réviser une partie du

modèle classique d’organisation du langage. Le langage fait intervenir, entre autres,

des fonctions phonologiques et lexico-sémantiques.

Binder a montré l’existence d’aires temporo-pariétales gauches activées de

manière plus importantes (gyri temporaux moyen et inférieur, fusiforme et

angulaire) que la traditionnelle aire de Wernicke ainsi que des zones gauches

préfrontales, là aussi dépassant les limites classiques de l’aire de Broca. Ces aires

frontales gauches étaient d’ailleurs clairement activées lors des tâches soulignant les

fonctions « réceptrices » du langage [184,185].

D’autres auteurs ont étudié la latéralisation du langage en utilisant une tâche

soustractive auditive. Ces études ont démontré la prédominance hémisphérique

gauche dans le langage. [185].

Wildgruber a retrouvé une activation prédominante à droite pour le langage

chanté alors que le langage parlé était prédominant à gauche.

Il a montré aussi l’importance de quatre régions pour des tâches d’écriture

avec phonogrammes : les régions autour du sulcus interpariétal gauche et droit,

celle de la partie moyenne du sulcus précentral gauche, la partie postérieure du

sulcus frontal supérieur gauche. La région du sulcus interpariétal gauche était

d’ailleurs la région le plus significativement activée, suggérant son implication

majeure dans l’écriture et la possibilité de tester le langage écrit par IRMf. [183]

Enfin, l’influence du sexe sur la somatotopie du langage a aussi été étudiée.

- 48 -

L’hypothèse la plus répandue, pour les langues déjà étudiées est celle d’une

représentation plus diffuse, bilatérale, du langage chez les femmes alors que les

aires du langage chez les hommes seraient plus focalisées dans l’hémisphère

dominant.

En utilisant des tâches orthographiques (reconnaissance de lettres),

phonologiques (rimes) et sémantiques, Shaywitz a pu montrer une différence

significative dans l’organisation du langage chez les femmes (activations plus

diffuses dans les gyri frontaux inférieurs gauche et droit) par rapport aux hommes

(activations surtout dans le gyrus frontal inférieur gauche). De telles données sont à

mettre en rapport avec les résultats des stimulations corticales pratiquées par

Ojemann qui, lui aussi, a retrouvé des différences entre les deux sexes dans

l’organisation du langage. [186, 187].

b. Applications cliniques :

En clinique l’IRMf est utilisée en neurochirurgie (chirurgie d’exérèse tumorale,

chirurgie de l’épilepsie). Elle permet d’évaluer les fonctions cérébrales à risque lors

d’une exérèse chirurgicale. En neurologie, elle permet d’étudier la récupération

fonctionnelle et la plasticité cérébrale. [173].

- 49 -

DEUXIEME PARTIE : ETUDE PRATIQUE :

- 50 -

PLAN DE PARTIE PRATIQUE

L´exploration de l’organisation fonctionnelle de la langue arabe. ………………………….. 51

1- Objectifs et intérêts. …………………………………………………………………………. 51

1-1 Intérêts de l’étude. …………………………………………………………………… 51

1-2 Objectifs. ……………………………………………………………………………….. 52

1-3 Etapes de l’étude: …………………………………………………………………….. 52

2. Etude de la prévalence de mots par caractère. …………………………………………. 53

2-1 Introduction. …………………………………………………………………………… 53

2-2 Objectifs. ……………………………………………………………………………….. 53

2-3 Matériels et méthodes. ……………………………………………………………… 53

2-4 Résultats. ………………………………………………………………………………. 55

2-5 Conclusions. …………………………………………………………………………….56

3. Design et paradigme de l’exploration linguistique en l’IRMf. ……………………….. 56

4. Protocole de l’exploration fonctionnelle du langage par l’IRMf. ……………………. 57

4-1 Sélection des sujets. …………………………………………………………………. 57

4-2 Schéma expérimental. ………………………………………………………………. 60

4-3 Matériel(s) et logiciel de stimulation. …………………………………………… 60

4-4 Acquisition IRMf. ……………………………………………………………………… 61

4-5 Traitement des images. ……………………………………………………………… 64

- 51 -

L´exploration de l´organisation fonctionnelle de la langue Arabe

1- Objectifs et Intérêts:

1-1 Les intérêt de l’étude:

La langue arabe possède certaines caractéristiques qui la différencient de

toute autre langue.

• La richesse sémantique.

• Un système de dérivation exemplaire.

• Un système syntaxique agglutinant permettant de concentrer plusieurs idées

dans un petit nombre de mots.

• L’arabe possède de telles particularités lui permettant de bien véhiculer les

expressions et la pensée humaines [188].

La représentation linguistique, phonologique et sémantique unique de la

langue arabe peut suggérer une représentation fonctionnelle différente des autres

langues. Ceci constitue l’une des motivations de cette étude. Il nous a semblé

intéressant d’étudier la cartographie fonctionnelle de l’arabe et d’en déduire

d’éventuelles spécificités. En plus des intérêts scientifiques, il y a aussi l´intérêt

clinique, permettant d´élaborer de futures approches thérapeutiques appropriées.

A notre connaissance ; aucune étude de l’arabe n’est rapportée dans la

littérature. Cette étude constituera une première exploration et doit nécessairement

être complétée par d´autres, permettant de répondre à d’autres questions plus

précises concernant l´organisation fonctionnelle cérébrale de la langue arabe.

- 52 -

1-2 Objectifs:

L´objectif de cette thèse est donc d´établir une cartographie fonctionnelle

cérébrale de la langue arabe, et la comparer à d’autres langues déjà étudiées.

Il s’agit de répondre à un certain nombre de questions :

• Quelle est la représentation fonctionnelle cérébrale de la langue arabe ?

• Quels sont les points communs et les différences de représentation

fonctionnelle cérébrale entre l’arabe et les autres langues déjà étudiées ?

• Existe-t-il une différence de représentation fonctionnelle cérébrale entre les

deux sexes?

• Existe-t-il d’autres particularités spécifiques à la langue arabe ?

1-3 Etapes de l’étude:

Dans toute étude fonctionnelle, le choix d’un paradigme approprié est une

étape primordiale. Dans notre étude, on a choisi une tâche de génération silencieuse

de mots contenant un caractère arabe donné. C’est ainsi qu’il a été indispensable de

répondre au préalable à certaines questions concernant les caractères que l’on va

utiliser.

• Quels vont être les caractères arabes de choix dans notre paradigme ?

• Sur quelle base va-t-on les sélectionner ?

• Quels sont les caractères les plus utilisés dans la langue arabe?

Pour répondre à ces questions une étude préliminaire a été entamée.

L´objectif, la méthode et les résultats de cette étude sont rapportée dans la section

suivante:

- 53 -

2. Etude de la prévalence de mots par caractères arabe:

2-1 Introduction:

Pour cartographier le réseau du langage par IRMf chez des volontaires

arabophones un paradigme IRMf doit être établit. Le paradigme n’est qu’une

génération mentale silencieuse de mots contenant un caractère présenté

visuellement.

Pour assurer une meilleure activation des cortex cérébraux impliqués dans

cette tâche, il est exigé de bien établir les caractères de choix, qui ont la prévalence

la plus importante d’utilisation dans le vocabulaire des candidats de cette étude.

Plus le nombre de mots évoqués est grand, plus l’activation cérébrale est meilleure.

2-2 Objectifs :

Le nombre de caractères constitue l'une des propriétés d'une langue donnée,

ce nombre est de 28 pour l'Arabe. Tous ces caractères ont leur rôle dans

l'articulation du langage écrit ou parlé. Cependant, chacun a une fréquence

d'utilisation linguistique particulière.

Ainsi, le but de cette première partie du travail est d'étudier la variation de

fréquence d'utilisation des caractères arabes chez des sujets arabophones, saint et

ne présentant aucune anomalie linguistique.

2-3 Matériels et méthodes:

a. Sélection des sujets:

12 volontaires saints ont été sélectionnés, 6 de sexe féminin et 6 de sexe

masculin; la sélection était complètement aléatoire parmi une population d'étudiant

aux universités de Fès.

- 54 -

Les volontaires inclus dans l'étude ont été conformes aux critères suivants:

• Arabophones.

• Adulte d’âge compris entre 20 et 30 ans.

• Absence de trouble de langage.

• Absence d'antécédents de pathologie neurologique ou psychiatrique.

• Droitiers

b. Outils, méthode et protocole de l'étude:

Les volontaires sélectionnés devaient évoquer oralement et durant 15

secondes le maximum de mots contenants un des 28 caractères arabes.

Ce processus était alterné par une phase de repos de 15 secondes. Ainsi la

totalité du protocole a été achevé au cours d´une durée de 14 minutes.

Les caractères ont été présentés oralement et sans respecter l’ordre

alphabétique arabe, la présentation a été faite par le même locuteur.

Pour rendre la durée de la tache très précise, le locuteur chargé du temps s'est

fait aider par une autre assistante chargée de compter et de calculer le nombre de

mots, pour éviter ainsi le biais du temps.

NB: Les dérivations de mots ont été incluses dans le compte. Le moment où

une erreur sémantique ou phonémique s’est détectée, la tâche a été répétée après

un temps de repos.

Tache15S

Repos15S

- 55 -

2-4 Résultats:

Les volontaires de sexe féminin présentaient une meilleure fluence verbale et

ceci pour tous les caractères. L´ensemble des résultats des moyennes par caractères

est rapporté dans la Figure.12

Fig.12: nombre de mots évoqués en 15 s pour chaque caractère avec distinction

entre les 2 sexes.

Les caractères ayant généré le plus de mots étaient les mêmes chez les deux

sexes, il en ait de même pour les caractères ayant générés le moins de mots.

• Les caractères ayant généré le plus de mots arabes sont:

ر ,س ,ق , م ,ح ,ج ,أ

0

1

2

3

4

5

6

7

8

فأل اء ب

اء ت

اء ث

جیم حاء خاء الد

الذ

راء ايز

ینس

ینش صاد ضاد طاء ظاء ینع

ینغ فاء فقا

فكا لام میم ون

ن اء

ھ واو اء ی

caractères

nombre de mots

FEM ININM ASCULIN

- 56 -

• Les caractères ayant généré le moins de mots arabes sont:

ض ,ن ,ظ

Fig13 : ordre décroissant de nombre de mots évoqués chez le sexe masculin pour

chaque caractère.

2-5 Conclusions:

Les caractères arabes évoquant le plus de mots sont censés activer plus

fortement le cortex. Ainsi les caractères ر ,س ,ق ,م ,ح ,ج ,أ sont retenues pour être

utilisés dans le paradigme de notre étude en IRM fonctionnelle.

3. Design et paradigme de l’exploration linguistique en IRMf:

En utilisant les résultats établis dans le paragraphe précédant, le paradigme

IRMf a été établi, il consiste en une alternance d’une phase d’action et une autre de

repos. La tâche consistera à générer mentalement des mots arabes contenant un des

0

1

2

3

4

5

6

7

8

ف أل مجی

حاء ین

سف

ق ا ی م م

اء ف

اوو

ايز اء

ب خاء راء ف

ك ا ون ن

ین

ش ن

عی ن

غی ھاء طاء اءی

اء ث

اء ت

الد

ادص لام ادض ال

ذظاء

caractères

nombre de mots

femininmasculin

- 57 -

caractères les plus fréquemment utilisés dans notre vocabulaire. Ce paradigme IRMf

contenait 6 phases d’activation cérébrale alternées avec 6 autres phases de repos.

Dans chaque phase d’activation, un des 6 caractères est présenté visuellement

par une couleur noire sur un écran blanc. Cette présentation du caractère est

accessible facilement au champ visuel du candidat allongé sur la table d’IRM.

Chaque phase d’activation a duré 30 secondes où le volontaire devait générer

mentalement et silencieusement le maximum de mots possibles.

La phase de repos qui succède à la phase d’activation a été représentée par un

tableau blanc et vierge et a duré 30 secondes de sorte que la durée totale de toute

l’opération est de 6 minutes ; 3 minutes de repos et 3 autres minutes d’activation

(Fig.14)

Fig.14: Paradigme classique d'activation pour l'étude en d´IRMf BOLD.

4. Protocole de l’exploration fonctionnelle du langage par IRMf:

4-1 Sélection des sujets :

Le nombre de sujets inclus dans l’étude était de 12. Six de sexe féminin et 6

de sexe masculin. A la date de l’étude, l’âge maximal était de 28 ans et l´âge

minimal était de 18 ans, alors que l´âge moyen était de 23 ans. Le poids maximal

était de 78 Kg et le poids minimal était de 50 Kg, alors que le poids moyen était de

64 Kg. Tous les volontaires étaient des droitiers, et 11/12 avaient l’arabe comme

langue maternelle, la langue française comme deuxième langue et l´anglais comme

troisième langue (tableau. III).

- 58 -

Les volontaires étaient aussi parfaitement arabophones, non-fumeurs, de

bonne acuité visuelle et de tension artérielle normale. Ils ne présentaient aucun

trouble de langage, ni un trouble psychiatrique ou cognitif. En plus, ils n’ont pas

d’antécédent pathologique concernant ces troubles et ils appartenaient tous à la

classe socioculturelle d’étudiants universitaires.

Avant le recrutement pour l’exploration IRM, ces sujets ont obligatoirement

répondu à un questionnaire précisant qu’ils ne présentaient pas d’incompatibilité

pour ce type d’examen. Notamment le port possible d’implant métallique et la

claustrophobie.

Le consentement du candidat a été obtenu par écrit marquant le choix libre du

volontaire pour participer à cette étude.

- 59 -

Tab.III : Profil des volontaires recrutés

Numéro du candidat

sexe Date de naissance

Droitier/G L1 L2 Poids/taille autres

1 F 11.03.82 D Arabe français P : 60 Kg

T : 176Cm

Anglais comme 3éme langue

2 F 26.01.84 D Arabe français P : 60 Kg

T : 165Cm

Anglais comme 3éme langue

3 F 06.02.79 D Arabe français P : 50Kg

T : 160Cm

Anglais comme 3éme langue

4 F 22.08.87 D Arabe français P : 65Kg

T : 167Cm

Anglais comme 3éme langue

5 F 25.12.82 D Arabe français P : 54Kg

T : 171Cm

Anglais comme 3éme langue avec quelques notion

en Rifia. 6 F 16.02.82 D Arabe français P : 62Kg

T : 172Cm

Anglais comme 3éme langue

7 M 08 .03.82 D Arabe français P : 73Kg

T : 176Cm

Anglais comme 3éme langue

8 M 25.05.80 D Arabe français P : 65Kg

T : 170Cm

Anglais comme 3éme langue

9 M 24.04.82 D Arabe français P : 78KG

T : 186Cm

Anglais comme 3éme langue

10 M 29.10.81 D Rifia Arabe P : 66Kg

T : 181Cm

français comme 3éme langue avec quelques notion

en anglais et Espagnol

11 M 11.11.81 D Arabe français P : 65Kg

T : 176Cm

Anglais comme 3éme langue

12 M 05.07.81 D Arabe français P : 72Kg

T : 185Cm

Anglais comme 3éme langue avec quelques notions

en Allemand

- 60 -

4-2 Schéma expérimental:

L'obtention de cartes fonctionnelles cérébrales précises nécessite un soin

particulier à chaque étape de l´examen IRMf commençant de l'installation du

patient, jusqu'au traitement des images et l’obtention des résultats.

Avant l’examen IRMf des consignes ont été données au sujet concernant le

protocole utilisé, principalement le mode de présentation du stimulus visuel sur

l’écran et le déroulement temporel de la stimulation tel que la durée de présentation

du stimulus et l’intervalle inter stimuli.

Le sujet doit être confortablement installé tout en assurant l’immobilité de la

tête.

Le type de protocole utilisé était un bloc événementiel rapide fait à peu prés

de 6 minutes reparties en 6 phases successives. Chaque phase a duré une minute

(une phase de repos de 30 secondes une phase d’activation de 30 secondes).

Dans un premier temps, on réalise une séquence sagittale de repérage

anatomique, afin de définir l’orientation et le nombre de coupes d’IRMf nécessaires,

puis une acquisition volumique en T1 en haute résolution qui permet par

superposition de localiser les régions activées, les images fonctionnelles ayant un

contraste médiocre, et une résolution limitée.

4-3 Matériel(s) et logiciel de stimulation :

Le paradigme qu’on a utilisé nécessitait des équipements particuliers

amagnétiques afin de pouvoir être placés dans la salle IRM: vidéo-projecteur adapté

et miroir réfléchissant pour présenter au sujet les caractères arabes sur un écran

placé à ses pieds au bout du tunnel. On a veillé à éviter les mouvements de la tête

du sujet, et on a testé le langage de façon silencieuse, afin d’éviter ces mouvements

(Fig.15).

- 61 -

Fig.15 : Présentation visuelle du stimulus.

Le stimulus visuel présenté sur l’écran utilisait le logiciel de présentation

Power Point.

C’est ainsi que l’état d'avancement de ces matériels et logiciels est jugé

comme être déjà utilisé en routine aux laboratoires et aux centres IRMf.

4-4 Acquisition IRM:

Toutes les acquisitions IRM et IRMf ont été faites en utilisant un appareil IRM

de 1.5 Tesla (Signa, General Electric, Milwauke, Etat Unis)

a. IRM anatomique:

Les images anatomiques en IRMf sont utilisées pour projeter sur l´aire

anatomique approprié l’activation correspondante au contrôle fonctionnel d’une

fonction donnée.

En pratique, cette IRM anatomique consiste à faire l´acquisition des coupes

fines ne dépassant pas 1 mm d´épaisseur, elles sont généralement des images de

coupes en T1 dont l´acquisition est achevée en trois dimensions.

- 62 -

Pour cette étude, une séquence en 3D-SPGR basée sur une séquence d´écho

de gradient a été utilisée. Les paramètres d´acquisition sont comme suit:

• Temps d´acquisition (min): 21

• Epaisseur de coupe (mm): 1

• Orientation de coupe: Axial

• Nombre de coupe: 22

• Temps de Répétition [TR, ms]=340

• Temps d´écho [TE, ms]=4.2

• Nombre de moyenne=1

• Résolution spatiale (mm) =0.937

• Matrice d´acquisition =512x256

• Flip Angle=30°

• Matrice de reconstruction=512

• Nombre de Colonne=512

• Nombre de ligne=512

b. IRM fonctionnelles:

Le volume d’acquisition:

Le protocole d´IRM fonctionnelle qu’on a utilisé consiste en une acquisition de

60 volumes d´images en 3 minutes. Chaque volume est constitué d´une vingtaine

d´images. Ces 60 volumes sont acquis consécutivement et continuellement dans le

temps, ils sont repartis dans le temps de sorte à ce que chaque 10 volume

correspondent à une partie du paradigme (Voir Fig.16). Le volume d´image est

censé couvrir au moins toute l´aire d´intérêt qui contrôle la fonction de langage.

- 63 -

Fig.16: Paradigme exploité lors des acquisitions IRMf

Pour cette étude, une séquence opérant en mode Echo-Planaire à un seul shot

et basée sur une séquence d´écho de gradient a été utilisé. Les paramètres

d’acquisition etaient comme suit:

• Temps d´acquisition d´un volume (second): 3

• Temps d´acquisition d´un protocole volume (min): 3

• Nombre de volume: 60

• Epaisseur de coupe (mm): 1

• Orientation de coupe: Axial

• Temps de Répétition [TR, ms]=3000

• Temps d´écho [TE, ms]=55

• Nombre de moyenne=1

• Résolution spatiale (mm) =0.937

• Matrice d´acquisition =64x64

• Flip Angle=90°

• Matrice de reconstruction:

• Nombre de Colonne=64

• Nombre de ligne=64

• Nombre total de volumes par séries d’acquisition : Nombre Total de

volume: 60 soit 20 volume par période on-off (10 pour on et 10 pour off).

- 64 -

• Temps total d’acquisition:

• Durée d’acquisition de chaque série fonctionnelle (1 min)

• Nombre de séries par expérience: trois.

• Durée totale de chaque expérience: 3 min.

• Nombre d’expérience par sujet était juste deux.

4-5 Traitement des images:

L'objectif du traitement des données en IRMf est de détecter et de localiser les

zones activées à partir de séries d'images et de montrer les segments cérébraux

impliqués dans l´activité fonctionnelle.

En plus de ces données qualitatives, le traitement d’images en IRMf cérébrale

permet aussi de quantifier l’activité fonctionnelle, ce qui permet l’élaboration de

corrélations statistiques significatives.

Ainsi, les variations de signal liées à l’activation ne sont pas directement

appréciables par l'œil, ce qui nécessite une analyse et un traitement statistique des

images à l’aide de logiciels spécialisés.

a. Plate-forme informatique et système de traitement et d´analyse d´images:

Toutes les données d’IRM et IRMf ont été transférées sur une station de travail

basée sur PC et opérant sur un système d´exploitation Linux (Linux Mandrake 8.0).

Le traitement des images fonctionnelles a été effectués en utilisant un

package connue dans le monde de l´IRMf «Statistical Parametric Mapping `SPM 5´».

Ce package opère sous Matlab 7.0.

- 65 -

b. Etape de traitement et d’analyse d’mages d’IRMf:

“Statistical Parametric Mapping” ou SPM est une approche statistique pour

l'examen des différences dans l'activité cérébrale enregistrée au cours des mesures

de neuro-imagerie fonctionnelle telle que les techniques de l'IRMf ou PET.

«SPM» est également un logiciel spécifique créé par Wellcome Department of

Imaging Neuroscience (University College London) pour mener à bien les études des

cartographies fonctionnelles.

Unité de mesure

La Neuro-imagerie fonctionnelle, permet la mesure de l'activité cérébrale. Les

techniques utilisées pour mesurer l'activité cérébrale dépendent de la technologie

d'imagerie utilisée (IRMf et le PET). Quelque soit la technologie utilisée, le scanner

produit une 'carte' numérisée de la région. Cette carte est représentée par des

voxels. Chaque voxel représente généralement l'activité des coordonnées données

dans l'espace en trois dimensions. La taille exacte d'un voxel peut varier selon la

technologie utilisée, bien que les voxels en l'IRMf représentent un volume de l’ordre

de 27 mm3 (avec un cube de 3 mm de longueur côtés).

Design Expérimental :

Les chercheurs sont souvent intéressés à l'examen de l'activité cérébrale liée à

un processus psychologique ou cognitif. La question qu’on essaye souvent de

répondre est : "quelles zones du cerveau sont les plus actives quand une personne

est en train de faire une tâche A par rapport à une tâche B?

Pour tenir compte des effets aléatoires, et de mettre en évidence les domaines

de l'activité liée spécifiquement au processus de l'étude, les analyses statistiques

doivent être utilisées pour chercher le plus de différence significative au-dessus et

au-delà de l'activité cérébrale de base. Il s'agit d'un processus par étapes multiples

qui consiste à préparer les données, et par la suite les analyser à l'aide d'une

méthode statistique connue sous le nom de modèle linéaire général.

- 66 -

Prétraitement des images :

Les images de l´IRMf cérébrale doivent être prétraitées avant toute

comparaison ou analyses statistiques pour supprimer le bruit ou pour corriger des

erreurs d'échantillonnage.

Dans une étude d’IRMf un sujet est généralement scanné à plusieurs reprises.

Pour tenir compte du mouvement de la tête entre les scans, les images seront

généralement ajustées de sorte que chacun des voxels dans les images correspond

(approximativement) à la même place dans le cerveau. C'est ce qu'on appelle le

réalignement ou la correction pour les mouvements d’origine volontaire ou

involontaire

Les études d’IRM fonctionnelle impliquent généralement plusieurs

participants, qui ont différentes formes de cerveau. Tous sont susceptibles d'avoir la

même anatomie principale, mais il y aura des différences mineures dans la taille

globale du cerveau, les variations dans la topographie de gyri et des sillons du

cortex cérébral, et même des différences morphologiques des structures profondes

telles que le corps calleux.

Pour permettre les comparaisons, l'image 3D de chaque cerveau est

transformée de sorte que les structures superficielles s´alignent, un processus

connu sous le nom de normalisation spatiale.

Cette normalisation généralement ne concerne pas seulement la correction

des mouvements de translation et de rotation, mais aussi l'extension et la

déformation non linéaire de la surface du cerveau de sorte à ce que la forme du

cerveau peut correspondre à un modèle standard. Les cartes cérébrales standards

telles que celles de Talairach-Tournoux ou des modèles de l'Institut neurologique de

Montréal (MNI) sont souvent utilisés pour permettre aux chercheurs du monde entier

de comparer leurs résultats.

- 67 -

Les images subissent souvent un lissage (similaire à l´effet du "flou" utilisé

dans certains logiciel de traitement d'images) de voxels qui sont moyenné avec les

voxels de voisinage, ce processus est généralement effectué en utilisant un filtre

gaussien, ou par la transformation en ondelettes ce qui permet de rendre les

données moins bruyantes.

Comparaison statistique :

Les modèles statistiques paramétriques sont examinés au niveau de chaque

voxel, à l'aide du modèle linéaire général pour décrire la variabilité dans les données

en termes d´effets d'expérimentation, d'effets de confusion, et de variabilité

résiduelle.

Les hypothèses exprimées en termes de paramètres du modèle sont évaluées

au niveau de chaque voxel avec des statistiques uni-variées.

Les analyses peuvent être également menées pour examiner les différences

sur une série temporelle (c'est-à-dire des corrélations entre les variables d'une

tâche et l'activité cérébrale dans un certain domaine spatial) à l'aide de modèles de

convolution linéaire.

Étant donné le nombre de tests statistiques menés, des ajustements doivent

être faits pour le contrôle des erreurs de type I (faux positifs) susceptibles d'être

causés par la comparaison des niveaux d'activité d’un grand nombre de voxels.

Quand une erreur de type I se traduit par la détection d’un faux fond d'activité

cérébrale, des ajustements doivent être faites, sur la base du nombre de reset dans

l'image, et la théorie de la continuité des champs aléatoire. Ceux-ci afin de fixer un

nouveau critère de l’ordre statistique significatif permettant d´ajuster le problème

de comparaisons multiples.

- 68 -

Représentations graphiques :

Les différences dans l'activité cérébrale mesurée peuvent être représentées de

différentes manières. Le moyen le plus simple, c’est de les représenter sous forme

de tableau affichant les activités requises les plus importantes.

Toutefois, ces différences dans l'activité cérébrale sont souvent montrées sous

forme de régions colorées sur les images IRM anatomiques. Ces régions colorées ne

sont que l’ensemble des voxels ayant des différences statistiquement significatives

entre les conditions fonctionnelles testées. Le gradient de couleur est associé à des

valeurs statistiques telles que celle des valeurs du T- test ou du z-scores. Cela crée

une illumination visuelle permettant la délimitation de la statistique relative à

l’intensité d’activation d'une région donnée.

Récemment, une autre approche a été suggérée, dans laquelle la carte

statistique est combinée avec la carte de la différence d'activité cérébrale d’origine,

et le codage en couleur est attribué à cette approche.

Les différences dans l'activité fonctionnelle cérébrale peuvent être également

représentées comme un « cerveau de verre». C´est une représentation en trois

dimensions comme si le cerveau était transparent. Seuls les sites d'activation

cérébrale fonctionnelle sont visibles comme des domaines d'ombre. Ceci est un

moyen utile et rapide permettant de résumer la superficie ou le volume total des

changements significatifs dus à l´activation obtenue par une comparaison

statistique.

- 69 -

TROISIEME PARTIE : RESULTATS ET DISCUSSION :

- 70 -

PLAN DE LA PARTIE RESULTATS ET DISCUSSION

I. Présentation des résultats. ……………………………………………………………………….. 71

1. Représentation cérébrale fonctionnelle de la langue arabe…………………………... 72

2. La différence entre les sexes dans la représentation cérébrale fonctionnelle

de la langue arabe………………………………………………………………………………. 73

3. Représentation de l’intensité moyenne d’activation cérébrale fonctionnelle

pour chaque caractère…………………………………………………………………………. 74

4. Représentation d’intensité d’activation cérébrale pour chaque caractère

et pour chaque sexe……………………………………………………………………………. 75

5. Représentation des intensités d’activation cérébrale par caractère et par région... 76

II. Discussion des résultats. …………………………………………………………………………… 77

1. Interprétation de la représentation cérébrale fonctionnelle de la langue arabe….. 77

1.1. Lobe occipital …………………………………………………………………………. 77

1.2. L’aire de Broca…………………………………………………………………………. 78

1.3. L’aire motrice supplémentaire……………………………………………………… 79

1.4. Lobe pariétale………………………………………………………………………….. 79

1.5. Lobule pariétal inférieur-temporal supérieur……………………………..……. 82

1.6. Lobule temporal inférieur…………………………………………………………… 82

2. La différence entre les sexes dans la représentation cérébrale fonctionnelle

de la langue arabe………………………………………………………………………………. 83

3. Comment interpréter la différence d’activation cérébrale entre les caractères…... 84

4. Discussion de la représentation de l’intensité de l’activation cérébrale pour

chaque caractère et pour chaque sexe……………………………………………………... 85

5. Comment interpréter les différences de localisation et d’intensité d’activation

cérébrale pour chaque caractère…………………………………………………………….. 86

- 71 -

I. Présentation des résultats : Les résultats de l’imagerie sont présentés sous forme de cartes de groupes

avec un contraste entre différentes conditions :

• Résultats concernant la localisation de l’activation cérébrale durant le

stimulus, ainsi que son intensité.

• Résultats concernant la différence de localisation et d’intensité d’activation

cérébrale entre les deux sexes masculin et féminin.

• Résultats concernant l’intensité d’activation cérébrale pour chaque

caractère utilisé.

• Résultats concernant l’intensité de l’activation cérébrale pour chaque

caractère et pour chaque sexe.

• Résultats concernant la localisation et intensité de l’activation cérébrale

pour chaque caractère.

Les figures sous jacentes montrent les résultats de contraste des différentes

conditions.

- 72 -

1. Représentation cérébrale fonctionnelle de la langue arabe :

Fig.17 : Représentation cérébrale fonctionnelle de la langue arabe

Le volume activé dans l’air visuel droite est V=243 pixel; équivalente à celle activée

dans l’aire visuelle gauche V 219 pixel ; alors que les intensités d’activation sont

significativement différentes plus intense à gauche : I.gauche = 5198 ua versus I

droite =7013 ua(unité arbitraire)

Cette figure permet de nous apporter la localisation de l’activation cérébrale,

ainsi que l’intensité de l’activation dans chaque unité de volume. Il s’agit de la

moyenne d’activation pour tous les volontaires indépendamment des caractères

utilisés pendant l’examen IRMf.

Pendant la génération mentale de mots contenant le caractère présenté

visuellement sur l’écran, on note une activation cérébrale bilatérale aux niveaux des

lobes (frontal, pariétal, occipital). L’activation touche plus précisément tout le lobe

occipital, l’aire de Broca à gauche et son correspondant à droite, l’aire motrice

supplémentaire, l’aire prérolandique et le sulcus pariétal.

L’activation cérébrale au niveau de l’aire motrice supplémentaire, ainsi qu’au

niveau de l’aire de Broca est plus importante du coté gauche qu’à droite, en volume

et en intensité.

- 73 -

Cette activité est presque la même des deux cotés droit et gauche pour le

sulcus intrapariétal. Elle est plus importante du coté droit pour le lobe occipital.

On note aussi une activation cérébrale unilatérale gauche aux niveaux du

gyrus angulaire (gyrus pariétal inferieur dans sa partie postérieure), de l’aire de

Wernicke et du gyrus temporal inférieur (aires de médiations des noms d’objets et

de couleurs).

2. La différence entre les sexes dans la représentation cérébrale

fonctionnelle de la langue arabe :

Fig.18 : Différence entre les sexes dans la représentation cérébrale fonctionnelle de

la langue arabe.

Cette figure est le résultat de l’analyse tridimensionnelle des images IRMf par

une technique de soustraction des cartes du groupe masculin et celles du groupe

féminin.

On note qu’il n’y a pas de différence d’activation entre les deux sexes féminin

et masculin dans l’hémisphère cérébral droit, et que la différence d’activation ne

porte que sur l’hémisphère cérébral gauche.

Cette différence d’activation à gauche concerne le gyrus temporal inferieur,

l’aire de Wernicke, l’aire de Broca et l’aire motrice supplémentaire qui sont toutes

- 74 -

plus actives chez les femmes que chez les hommes. Cette différence concerne

surtout la temporale inferieure et la motrice supplémentaire.

3. Représentation de l’intensité moyenne d’activation cérébrale

fonctionnelle pour chaque caractère :

س م ق ح أ ج

Fig.19 : intensités d’activation en fonction des caractères.

Cette figure montre qu’il existe une différence d’intensité d’activation

cérébrale entre les différents caractères utilisés dans l’étude. L’intensité est.

maximale pour le caractère (ج )et minimale pour (ح )en sachant que les formes de

ces 2 lettres se ressemblent. Les intensités des lettres ( أ) et (ق ) sont les mêmes

sachant que ces 2 lettres sont comparables sur le plan phonétique.

- 75 -

4. Représentation de l’intensité de l’activation cérébrale pour chaque

caractère et pour chaque sexe :

أ ح ق م س ج أ ح ق م س ج

Masculin Féminin

Fig.20 : Intensité d’activation cérébrale pour chaque caractère et pour chaque

sexe.

De première vue on note que l’activité corticale chez les femmes et plus

importante que celle observée chez les hommes, et cela pour tous les caractères

utilisés dans l’examen IRMf (différence statistiquement significative (où p est

inferieure à 0.05 c'est-à-dire que la possibilité d’erreur est de l’ordre de 5% et cela

pour tous les résultats requis dans notre étude). L’exception porte sur le caractère

dont l’intensité d’activation est la même pour les deux sexes ,(أ)

- 76 -

5. Représentation des intensités de l’activation cérébrale par caractère

et par région :

Fig.21: Intensités d’activation en fonction des caractères et par région.

La différence entre les caractères dans leurs intensités d’activation est plus

prononcée dans l’aire de Broca et de Wernicke. Il n’y a pas de différence d’activation

entre les caractères au niveau pariétal.

- 77 -

II. Discussion des résultats : Le but de cette étude est de faire des investigations sur quelques

caractéristiques fonctionnelles de la langue arabe par l’étude de sa représentation

cérébrale fonctionnelle.

Les résultats sus-cités peuvent être interprétés comme suit :

1. Interprétation de la représentation cérébrale fonctionnelle de la

langue arabe :

D’une façon globale, l’hémisphère droit est moins stimulé que l’hémisphère

gauche, en volume et en intensité, cela peut être expliqué par le fait que tous les

volontaires sont droitiers et qu’ils ont une latéralisation cérébrale ou hémisphérique

à gauche.

1.1. Lobe occipital :

Le très important espace activé au niveau du lobe occipital et bilatéralement,

avec la haute intensité de cette stimulation, sont expliquées par la représentation

visuelle du stimulus qui oblige le volontaire à fixer le regard, avec attention et

durant toute la durée de l’examen pour générer les mots mentalement. En plus de

cette stimulation visuelle directe et l’attention visuelle exigée, la représentation

visuo-spatiale des mots évoqués contribue à l’augmentation de l’activation de ces

aires visuelles en volume et en intensité.

Indépendamment de notre étude, la représentation visuo-spatiale est

latéralisée au niveau occipital droit. Cette latéralisation est bien établie dans la

littérature et paraît être indépendante du langage. [189].

- 78 -

Les résultats de notre étude en ce qui concerne cette représentation visuo-

spatiale concordent avec la littérature, où on a trouvé aussi une activation occipitale

plus marquée du coté droit.

1.2. L’aire de Broca :

La tâche d’évoquer des mots répondant à un sens ou à une sémantique

correcte exige l’activation de cette aire. L’aire de Broca joue un rôle fondamental

dans l’utilisation et la compréhension des formes grammaticales [8-10].

La tâche d’évoquer des mots contenant un caractère, inclut parfois des

dérivations du mot évoqué, comme le nom d’objet, le nom de sujet, le nom de

complément. Si on a évoqué par exemple le mot جلس , ses dérivés de nom de

sujet جالس, nom de place, مجلس, nom d’exagération, جلیس peuvent être

également évoqués. Le système de dérivation dans la langue arabe exige certaines

règles grammaticales bien déterminées, ces règles grammaticales ont été utilisées

dans la tâche et ont activé l’aire de Broca.

Cette aire a été activée à gauche avec son homologue à droite. L’activation du

côté droit bien que moins intense est retrouvée dans les autres langues [190-193].

Cette activation du côté droit devient plus importante dans certaines situations

pathologiques lésant l’aire de Broca (i.e. AVC) et elle est souvent concomitante à une

récupération du langage. [191-193].

Plus précisément, la récupération du langage chez des aphasique ayant une

latéralisation du langage à gauche, se base sur l’existence d’un réseau bilatéral

préexistant, cette récupération passe par 3 étapes , durant la phase aigue, les

régions qui entourent les aires endommagées du coté gauche augmentent leurs

activités, puis, dans la phase subaigüe majorée par la récupération du langage,

l’activation intéresse le coté droit, principalement l’aire homologue à l’aire de Broca

- 79 -

et l’aire Motrice supplémentaire, finalement l’activation tend à rejoindre son état

initial, vers le coté gauche, marquant ainsi la consolidation du système du langage à

gauche. [191].

1.3. L’aire motrice supplémentaire :

Cette aire a été sollicitée bilatéralement. Elle effectue une sélection des

programmes moteurs qui vont servir à la réalisation de la parole bien que la tâche

en exécution soit silencieuse. [8-10, 93, 194].

Des études ont montré que même l’aire motrice primaire peut être sollicité

durant des tâches silencieuses, c’est ainsi qu’une étude utilisant la tâche de lecture

silencieuse de phrases d’action a révélé cette activation. [194].

1.4. Lobe pariétale :

La participation du lobe pariétal dans le processus du langage a été

démontrée pour son sulcus interpariétal ou intrapariétal.

Cette région et surtout du coté gauche a une implication majeure dans

l’écriture et la possibilité de tester le langage écrit [183]. Une autre étude a

démontré que cette région jouait un rôle dans l’organisation perceptive ce qui

explique son implication même dans une tâche silencieuse. [195].

Plus précisément encore, une étude a révélé la spécialisation du sulcus

interpariétal antérieur dans la détermination du but d’une action observée, par

exemple quand un bébé fixe le regard sur un biscuit, les parents savent

immédiatement qu’il le veut. [196].

L’étude qui utilise un paradigme similaire à celui de notre étude, a également

révélé l’activation au niveau du sulcus interpariétal. [190]. Cette étude qui a porté

sur 10 volontaires de sexe masculin et 14 volontaires de sexe féminin, âgés au

alentours de 38 ans, droitiers, anglophone, et qui ont réalisé une tâche de

- 80 -

génération de verbes à partir de noms présentés visuellement sur un écran. Cette

étude a objectivé les résultats suivants:

Fig22. Activation observée chez des sujets normaux Durant la tache de génération

silencieuse de verbes (rangé en bas). [190].

L’activation corticale observée dans cette étude a objectivé une stimulation

dans le réseau qui inclut : le Lobule Frontal inferieur gauche, le Lobule Inferieur

pariétal-supérieur temporal gauche, et les régions adjacentes au sulcus pariétal

inferieur, les régions homologues du côté droit ont été activé à un degré moins

important. Les autres structures corticales activées comprennent : le lobe occipital,

l’insula, et le gyrus cingulaire antérieur.

Toutes les autres études utilisant un paradigme similaire ou même différent

de celui utilisé dans notre étude, et visant à comparer les territoires d’activation en

fonction de la langue, n’ont retrouvé que des différences d’intensité ou de volume

d’activation et jamais de territoire spécifique à une langue. [93]. (voir tableau. IV)

- 81 -

Tab.IV: Liste des études sur le bilinguisme utilisant la TEP ou l’IRMf : [93].

- 82 -

Une étude comparant la langue japonaise qui a ses propres caractéristiques à

l’allemand et l’anglais n’a pas montré l’activation d’autres aires. Par contre, on a

remarqué des différences d’intensités d’activation. [197].

1.5. Lobule pariétal inferieur-temporal supérieur:

L’activation de cette aire à gauche est expliquée par la tâche qui exige cette

activation à ce niveau.

La tâche demandée comporte une succession de plusieurs actes ; d’abord

l’acte de recevoir un phonème ou un caractère, puis l’acte de sélectionner des mots

à reproduire, puis l’établissement d’un ordre correcte de phonèmes puis de syllabes

dans le mot, et l’attribution d’une signification au mot. Tous ces actes ont besoin

d’un vrai processeur de langage localisé dans le lobule pariétal inferieur-temporal

supérieur. [8-10]. Elle est sollicitée aussi car c’est le site de la mémoire de travail

indispensable dans la réalisation de la tâche pour essayer de ne pas répéter les mots

déjà évoqués mentalement. [137].

1.6. Lobule temporale inferieur :

Du coté gauche, le lobule temporal inferieur ou T3 et plus précisément la

région de médiation des noms d’objets et de couleur a été impliquée dans

l’activation corticale, cela peut être expliqué par le faite que la tâche de générer des

mots peut induire la génération de mots d’objets et l’essai d’utilisation du lexique

interne, et c’est le lobule temporal inferieur qui est le plus fortement impliqué dans

l’organisation catégorielle des connaissances lexicales.[8-10].

- 83 -

2. La différence entre les sexes dans la représentation cérébrale

fonctionnelle de la langue arabe :

Il est établi dans la littérature que l’estimation que l’hémisphère gauche soit

dominant pour le langage est approximativement 95 % chez les hommes droitiers et

79 % chez les femmes droitières. [189].

Dans l’étude déjà précisée dans la figure 22, La dominance hémisphérique

gauche pour le langage a été observée durant la tâche, pour tous les hommes, pour

les femmes, la moitié avait une latéralisation à gauche, l’autre moitié, une

représentation bilatérale. [190].

Cette caractéristique spécifique aux femmes n’est pas retrouvée dans notre

étude où toutes les femmes avaient une latéralisation gauche identique aux

hommes.

Dans une étude sur la langue chinoise, on a constaté que cette langue avait

une représentation cérébrale bilatérale, [198]. C’est une particularité à cette langue.

Est ce que la langue arabe a la particularité d’avoir une latéralisation qu’à gauche

indépendamment d’autres facteurs impliqués dans l’établissement de cette

latéralisation, à savoir le sexe par exemple ?

Notre étude préliminaire d’exploration de la langue arabe a utilisé un petit

échantillon de volontaires. De ce fait, des études complémentaires avec un

échantillon plus important et un paradigme plus raffiné pourront conclure s’il s’agit

d’une particularité de la langue arabe ou seulement d’un biais d’échantillon.

- 84 -

3. Comment interpréter la différence d’activation cérébrale entre les

caractères:

La Figure.19 a montré une différence significative d’activation cérébrale selon

le caractère présenté comme stimulus. Ces résultats confrontés aux résultats

concernant les performances des mots évoqués par caractère (Fig.12, Fig.13)

montrent que l’activation n’est pas en rapport avec la performance.

Est ce que la différence de stimulation corticale entre les caractères ne reflète

qu’une différence de difficulté entre ces caractères dans la génération de mots, et

que le nombre de mots évoqués durant la tâche concorde avec les résultats

représentés dans les figures (Fig.12, Fig.13) ?

Est-ce que cette différence entre les caractères dans leurs stimulations

corticales est due à leurs différences sur le plan phonologique, lexical ou

sémantique ?

Et si cette différence de stimulations était due à une différence lexicale, peut

on soutenir que les caractères les plus stimulants engendrent un vocabulaire plus

large ?

Il reste alors pour répondre à cette question de comparer dans les

dictionnaires arabes les plus fameux le vocabulaire qui entoure chaque caractère et

d’interpréter les observations, et il est aussi indispensable d’étudier les origines

phonémiques de ces caractères et leurs particularités phonologiques, pour en

déduire les caractères qui sont le plus difficile à prononcer.

- 85 -

4. Discussion de la représentation de l’intensité d’activation cérébrale

pour chaque caractère et pour chaque sexe :

0

10

20

30

40

50

60

ج س م ق ح أCaractère

Intensité

FM

Fig.23 : intensités d’activation de chaque caractère pour les deux sexes.

Les résultats représentés dans cette figure concordent avec les résultats

menés sans IRMf où les femmes ont montré plus d’activation cérébrale pendant la

tâche et plus de fluence verbale.

De même, l’effet du sexe sur les performances cognitives humaines est une

donnée actuellement bien admise. En particulier, il a été démontré à maintes

reprises que les sujets de sexe féminin ont un avantage sur les tâches verbales alors

que ceux de sexe masculin présentent globalement de meilleures performances

dans les épreuves visuospatiales. [189].

- 86 -

5. Comment interpréter les différences de localisation et d’intensité

d’activation cérébrale pour chaque caractère :

La différence entre les caractères dans leurs intensités d’activation est

différente selon la localisation corticale. Elle est nettement plus prononcée dans

l’aire de Broca et de Wernicke. Il n’y a pas de différence d’activation entre les

caractères au niveau pariétal. Ceci permet de conclure que les aires de Broca et de

Wernicke activent différemment et donc consomment une quantité plus ou moins

importante d’oxygène en fonction du caractère. Certains caractères dans la langue

arabe nécessitent plus d’activation que d’autres et cette différence siège

préférentiellement au niveau des aires de Broca et de Wernicke.

- 87 -

CONCLUSION ET PERSPECTIVES D’AVENIR : Pour explorer la représentation cérébrale fonctionnelle de la langue arabe, on

a utilisé la tâche de génération mentale silencieuse de mots contenant un caractère

arabe présenté visuellement aux volontaires. Plusieurs résultats ont émergés. Ces

résultats sont tantôt semblables à ceux des études d’autres langues, tantôt s’en

différencient.

D’autres résultats restent un sujet d’innovation dans notre étude et

nécessiteront des études et des investigations plus poussées permettant une

exploration plus précise de la langue arabe.

- Les résultats obtenus sont en faveur d’une activation des mêmes aires

cérébrales jugées être impliquées (dans les autres études) dans le processus du

langage. Mais le niveau d’intensité de stimulation de ces aires par rapport aux

autres langues n’est pas établit. Des études comparatives chez des bilingues

arabophones francophones peuvent être envisagées en utilisant tantôt des tâches en

arabe tantôt des tâches en français.

- La latéralisation occipitale droite des fonctions d’organisation visuo-

spatiale, a été démontrée dans notre étude, et a soutenu les résultats déjà publiés

pour les autres langues.

- Les performances supérieures qu’ont les femmes dans les tâches verbales

par rapport aux hommes, déjà signalées dans d’autres études ont été vérifiées dans

notre étude.

- La latéralisation du langage à gauche chez toutes les femmes de notre

étude, ne concorde pas avec les résultats sur les autres langues, qui sont en faveur

d’une représentation bilatérale du langage chez près de 30% des femmes droitières.

Une étude en IRMf chez des femmes arabophones utilisant un grand échantillon est

nécessaire pour confirmer ce constat.

- 88 -

- Des différences d’activations cérébrales selon le caractère arabe utilisé ont

été constatées dans notre étude. Il semble intéressant d’étudier plus précisément la

langue arabe, sur le plan phonologique, syntaxique, et sémantique pour mieux

comprendre les résultats obtenus.

Notre étude va ouvrir donc de nouvelles perspectives dans l’exploration

fonctionnelle plus élaborée et plus précise de la langue arabe.

Une deuxième étape sera de réaliser une série d’études en pathologie chez les

aphasiques arabophones. Celles-ci auront un intérêt dans l’établissement de

nouvelles échelles d’évaluation du langage chez les arabophones, et d’établir aussi

de nouvelles stratégies thérapeutiques adaptées, surtout dans le domaine de la

rééducation orthophonique.

Les progrès dans la résolution spatiale et temporelle dans la technique d’IRMf

et dans la microdissection, vont nous permettre de mieux comprendre le concept de

connectivité. Ce progrès qui peut nous fournir des images IRM anatomiques d’une

résolution submillimétrique. La cartographie de l’organisation cérébrale

fonctionnelle serait alors (grâce à la haute résolution) possible pour des réseaux

cérébraux microscopiques. On pourrait finalement répondre à la question de «

comment cela se passe t-il ? » Et non seulement « où cela se passe t-il ? »

Une autre direction dans le développement future de l’IRMf est l’intégration

d’autres méthodes d’imagerie avec la technique IRMf. Quand ces modalités sont

intégrées, elles vont offrir une vue multifonctionnelle du cerveau. Par exemple, la

Spectroscopie par Résonance Magnétique SRM peut mesurer le niveau de plusieurs

métabolites neuronaux, comme la N-acétyl aspartate, la créatine, la choline, et

lactate, cela peut nous renseigner sur le métabolisme associé à l’activité cérébrale

régionale.

- 89 -

RESUME

Chez l’adulte, le fonctionnement cognitif repose sur l’activation de réseaux

neuronaux spécialisés. Pour le langage, plusieurs études ont montré qu’un

ensemble de régions cérébrales bien déterminées et surtout du coté cérébral

gauche, sont essentielles à un fonctionnement linguistique correct. Ainsi, Est ce que

les régions cérébrales qui traitent tous les aspects du langage sont les mêmes pour

la langue arabe que pour toutes les autres langues déjà étudiées ? Est ce qu’il existe

des particularités fonctionnelles propres à la langue arabe ?

Grace aux progrès de l’imagerie cérébrale, nous pouvons désormais étudier le

contrôle fonctionnel du langage pour toutes les langues et notamment l’arabe.

Les résultats obtenus par l’IRM fonctionnelle chez des adultes arabophones

montrent que le réseau du langage de la langue arabe est structuré de façon

équivalente aux autres langues déjà étudiées. Cependant des éléments de

différences ont été retrouvés. Les similarités indiquent une continuité dans les

processus et les structures neuronales sous jacentes au contrôle fonctionnel des

différentes langues. Alors que les différences suggèrent que la langue arabe peut

créer un réseau de contrôle fonctionnel propre à elle.

C’est ainsi que cette étude par IRMf de la langue arabe ouvre de nouvelles

perspectives d’exploration pouvant apporter plus de précisions sur son réseau

engagé et la nature de son contrôle fonctionnel.

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ABSTRACT

Cognitive processing in adults is based on the activation of a specialized

neural network. Language studies indicated that speech processing is achieved by

specialized networks, mainly localized in the left hemisphere of the brain. Hence,

are the language processing and control, are they achieved by identical brain areas

for all different languages? Are they the same for Arabic language as well as the

other languages already studied? Is there any functional particularities underlying

the network of Arabic language control?

Nowadays, progress in brain imaging techniques allows us studying the

functional control of all languages including Arabic language.

The functional magnetic resonance imaging (fMRI) in Arabic speakers, showed

that language network in Arabic language activates similar brain areas compared to

other languages studied. However, particularities of Arabic language were found.

Similarities suggest the continuity in processing and neural structure common to all

languages, while differences suggest that Arabic language may create a suitable new

network characterizing corresponding functional control.

Finally, our study will open new perspectives for investigating and finding the

functional aspects involved in the brain control and processing of Arabic language.

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ملخص

كل النشاطات الفكرية لدى الإنسان البالغ تحكمه و تسيره مراكز و شبكات عصبية داخل . الدماغ

واعتبارا للغة كنشاط فكري وسلوكي، فإن استعمالها يتم عن طريق مراكز تحكم وظيفي

ويبقى من الأسئلة المطروحة . المعالجة داخل الدماغتختص بالاستقبال والاستيعاب و هل هذه المراكز العصبية الدماغية المختصة في معالجة اللغة والتي تم تحديدها في دراسات

علمية سابقة هي نفسها المستعملة في اللغة العربية؟ و هل للعربية أية خصائص وظيفية خاصة بها ا؟تميزها عن باقي اللغات المدروسة سابق

بفضل تطور تقنيات تصوير الدماغ، أضحت مسالة الدراسة الوظيفية للغات عامة و للغة العربية

.خاصة أمرا ميسرا

أظهرت النتائج المحصل عليها في الدراسة الوظيفية للغة العربية عند متحدثين للعربية باستعمال صبية التي تعالج هذه اللغة تقنية التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي أن مراكز الدماغ الع

كما أظهرت هذه . هي تقريبا نفسها المختصة في اللغات الأخرى التي تمت دراستها سابقاالدراسة أيضا وجود اختلافات في التحكم الوظيفي بين اللغة العربية و اللغات الأخرى

ى أن هناك إن التشابه في النتائج بين العربية و باقي اللغات يفضي إل. المدروسة سابقاشبكات و مراكز عصبية تعم معالجة كل اللغات على اختلافها، في حين أن الاختلاف قد يعرض

.إلى إمكانية وجود شبكة عصبية تميز اللغة العربية عن باقي اللغات

وختاما، فان الدراسة الحالية تشكل بداية لفتح آفاق جديدة لدراسات أخرى تعمق وتحدد أكثر . للغة العربية، وتعمق وتحدد ماهيتهاالخصائص الوظيفية

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