K La Cognitique

Les Représentations Neuronales sont des messages nerveux qui utilisent un code particulier en vue de réaliser un comportement. L'étude de ce code est primordiale à notre compréhension des mécanismes gouvernant la pensée humaine. Observons comment un tel code est utilisé par notre système nerveux.

La cellule nerveuse

Les cellules nerveuses se distinguent de nos autres cellules par leurs extensions cytoplasmiques, nommées dendrite et axone (respectivement selon le sens des influx nerveux).
On mesure la différence de potentiel entre l'intérieur et l'extérieur d'une cellule (une différence de 70mv, l'intérieur étant chargé positivement) à l'aide d'une micro-pipette remplie d'une solution saline conductrice.
Le potentiel menbranaire (PMb) s'équilibre selon 2 grands principes: l'électroneutralité et l'équilibre osmotique, à l'état stable on le nomme potentiel de repos. Ce potentiel de repos est calculable selon la loi de Nernst.

Lors d'un potentiel d'action (déclenché selon la loi du tout ou rien, si le PMb dépasse un seuil d'activation), on distingue 2 phases:

• dépolarisation: la différence de potentiel diminue, avec une entrée de Na+ par l'ouverture de canaux rapides
• hyperpolarisation: la différence de potentiel augmente, avec une sortie de K+ par l'ouverture de canaux lents

Le PA se propage sans atténuation, suivit d'une période réfactaire du fait de l'état inactivé des canaux Na+.
Dans le cas d'un motoneurone, le PA active des canaux Ca++ à l'extrémité de l'axone. L'entrée de Ca provoque l'éjection d'Acétylcholine dans les synapses, qui active la membrane musculaire grace à un potentiel de plaque motrice.
Historiquement on a commencé à étudier les potentiels d'activations musculaires grace à l'électromyographe de Adrian et Bronk (une aiguille concentrique). On a ainsi étudié l'unité motrice qui représente un motoneurone, son axone et l'ensemble des fibres musculaires qu'il innerve (on parle de jonction par plaque motrice).

Les neurones sont classées selon leurs topologies, leurs morphologies, et leurs activités (phasique ou tonique, backpropagating..).
Mais pour étudier le code neuronal on étudie préférentiellement les couches de recrutement, lors d'une excitation, les phénomènes de synchronie et les fréquences d'activation au sein d'une population de neurones.

Les courbes d'accords

Les courbes d'accord (tuning curves) montrent les fréquences auxquelles un neurone est le plus sensible. En étudiant les courbes d'accords d'une populations de neurones, on étudie la probabilité de réponse en fonction de l'intensité de la stimulation, permettant d'observer le recrutement caractéristique d'une population neuronale.

Des études expérimentales ont mis en évidence l'existence de représentations vectorielles dans le système nerveux. L'activité neuronale peut fréquemment être décrite par une courbe d'accord en cosinus et donc représenter le produit scalaire entre un vecteur préférentiel et un vecteur lié à l'exécution d'une tâche (Georgopoulos et al. 1986).

L'intégration centrale des courbes d'accord en provenance de différents groupes neuronaux reste encore difficile à comprendre. Le code de nos représentations neuronales est donc loin d'avoir livrer tous ses secrets.

La TSGN (Théorie de Sélection des Groupes Neuronaux) d'Edelman décrit l'apparition des structures neuronales permettant la catégorisation, la généralisation et l'apprentissage.

Elle suppose 3 étapes:

• Sélection durant le développement somatique, (~embryogenèse) aboutissant à des modifications structurales
• Sélection à travers l'expérience, par le renforcement de certaines synapses, et l'affaiblissement d'autres
• Formation de cartes, par projection des différentes couches sensorielles avec des connexions réentrantes leurs permettant de se corréler dans le temps et d'échanger des informations

Le développement cérébral est une succession complexe de divisions et de migrations cellulaires qui créent des environnements locaux.
Edelman a construit tout un vocabulaire pour expliquer ces phénomènes: Groupe neuronal, Répertoire, Carte, Réentrance...

ramon y cajal(1894), neuroanatomiste, l'apprentissage conduit à l'expansion in his 1946 book, Luria réorganisation Hebb(1949), renforcement synaptique Bach-y-Rita Aplysie(70) eric candal Hubel and Wiesel (1970) les chats LTP potentialisation

Le cerveau est susceptible d'une réorganisation majeure plusieurs années après une lésion, à condition que le patient recoive une rééducation appropriée. Ainsi il est notamment d'utiliser des techniques de substitution sensorielle:

• la substitution vestibulaire, électro-tactile (ETVSS), pour la récupération du contrôle de la posture
• la substitution visuelle, on voit avec le cerveau pas les yeux (Bach-y-Rita, 1972)

Varela enaction et couplage fonctionnel

Les neurones miroirs déchargent lors d'un mouvement mais aussi lors de l'observation d'une action présentant le même but par autrui.
Ils catégorisent ainsi les actions à un niveau intentionnel, interfacant perception et action.

Ces neurones, découverts par Rizzolati, ont seulement été identifiés dans le cortex prémoteur ventral du macaque, dans les aires F4 et F5. Néanmoins les neurones miroirs semblent aussi exister chez l'homme et pourraient jouer un role dans les apprentissages, notamment celui du langage.

La mémoire spatiale est une capacité cognitive à se rappeler les lieux ou l'on évolue et les relations spatiales.
Comme les rotations mentales et le langage figuré, la mémoire spatiale est essentiel aux être humains pour s'orienter dans leurs environnements et y construire des stratégies.

En 1948, Edward Chace Tolman publie "Cognitive Maps in Animals and Man". En opposition aux théories dominantes du béhaviorisme, il est le premier à étudier la "boite noire" et ses processus mentaux tels les cartes cognitives, véritables représentations internes de l'environnement.
Montello (1997) a récemment défini la perception de l'espace comme la connaissance intuitive chez les individus des propriétés spatiales incluant la localisation, la dimension, la distance, la direction, la forme, le patron, le mouvement et les relations entre objets. Il peut s'appuyer sur d'importantes découvertes telles celles des cellules de lieu et des cellules d'orientation support d'une certaine mémoire spatiale.

• Les cellules de lieu: à travers le livre Hippocampus as a cognitive map(1978), O'Keefe et son collaborateur John Dostrovsky soutiennent l'existence de cellules de lieu. Enregistrées dans l'hippocampe du rat, leurs décharges neuronales ne dépendaient pas de l'orientation, de la trajectoire ou de l'activité de l'animal, mais du lieu o๠il se trouvait.
• Les cellules d'orientation: Jim Ranck (1985) découvrit les cellules d'orientation, complémentaires de celles des cellules de lieu. Trouvées dans de nombreuses structures ayant des connexions importantes avec l'hippocampe, les cellules d'orientation ne sont actives que lorsque la tête de l'animal est orientée dans une direction spécifique, indépendamment de sa position.

Rabbit (1997) a souligné 2 critères pour postuler l'intervention des processus exécutifs:

• la nouveauté (formulation d'un but, planification, comparaison de ces plans avec leur probabilité de succès et leur efficacité à remplir l'objectif, mise en oeuvre et accomplissement du plan sélectionné
• la recherche consciente d'informations en mémoire

Le modèle du contrôle attentionnel de Norman & Shallice modularise les fonction exécutive et permet ainsi d'identifier l'étape atteinte d'un déficit:

• la plupart des actions en cours dépendent de l'activation de routines (schémas d'actions) nécessitant peu de contrôle attentionnel
• Un gestionnaire de conflits, reposant sur des processus semiautomatiques, prend en charge les conflits entre routines
• Un système attentionnel de supervision (SAS) intervient lorsque les tâches exigent une prise de

décision et une planification, ou une adaptation à une situation nouvelle, possiblement dangereuse

Le SAS, équivalent de l'administrateur central de la mémoire de travail, a aussi pour fonction de maintenir les buts à long terme, de remarquer les indices de contrôle, de contrôler l'efficacité d'un stratégie particulière et éventuellement d'assurer les changements de stratégies nécessaires (d'après Shallice, le rôle des lobes frontaux correspondrait au SAS)

La récupération fonctionnelle consiste en un retour partiel ou totale à l'activité physiologique propre ou normale de nos fonctions organiques suite à une maladie ou un accident.

La revalidation neuropsychologique concerne ele doit permettre A travers une stratégie La mise en place de récupération physiologique, non accompagné de récupération comportementale, peut s'appuyer sur 4 modèles:

• le modèle de Jackson, basé sur une approche évolutive, postule que les fonctions se développent hiérarchiquement: une fonction controle celles développées ultérieurement. Lors d'une lésion cérébrales, il y a perte de niveaux de complexité des fonctions, une dissolution
• le modèle de Munch & Lashley, modèle de substition limitée
• le modèle de Lashley, modèle de substition non-limitée, Lenneberg évoque l'équipotentialité hémisphérique avant l'âge de 14 mois, théorie selon laquelle, le cerveau étant encore immature jusqu'à cet âge, suite à une lésion hémisphérique, l'autre hémisphère sain a la capacité de prendre en charge totalement la fonction laissée par l'hémisphère lésé.
• le modèle de Von Monakov, modèle de diaschisis mettant en avant les relations fonctionnelles entre les structures,théories connexionnistes

physio le cerveau les déficits attentionnels (hyperactivité,..)

• le role du thalamus dans la vigilance
• l'etude du sommeil

Lors d'une prise de décision, l'être humain maintient son choix entre 2 perspectives: logique et rationnelle ou émotionnelle, illogique, subjective et intuitive.
En effet, les voies de la perception, hors olfaction, acheminent les signaux sensoriels jusqu'au thalamus ou les signaux se diffuse selon deux voies:

• la voie courte vers le système limbique correspond globalement à la voie émotionnelle. Elle permet à l'organisme de se préparer à l'action en s'orientant vers une réponse stéréotypée (innée ou acquise) et surtout, rapide (facteur essentiel lorsqu'il est question de survivre dans un environnement hostile)

• la voie longue vers le cortex cérébral, quant à elle, correspond globalement à la voie rationnelle. Elle permet une analyse élaborée de la situation, apportant la flexibilité qui manque à la voie courte en nuancant les informations

Les premières approches systémiques des processus de décision remontent aux observations de ces processus par Simon. On considère depuis la décision comme un processus cognitif complexe, non plus comme un objet bon ou mauvais au regard d'un unique critère. Ces approches descriptives permettent de représenter la décision par un système de traitement d'information et/ou de computation symbolique. Une fois la décision formalisée on peut la capitaliser et donc la réutiliser.

Tarondeau a mis en évidence quatre modèles de décisions stratégiques:

• modèle de l'acteur unique, Ce modèle rationnel représente un individu unique cherchant à atteindre des objectifs parfaitement identifiés et non conflictuels en optimisant l'utilisation de ressources parfaitement identifiées et disponibles. Il se décompose en la formulation du problème, l'identiffication des actions à entreprendre, l'évaluation des alternatives, le choix de la meilleure solution. Le modèle politique Il repose sur l'ambiguité qui permet à des acteurs ayant des systèmes de préférences disjoints de former des coalitions éphémères.

Il met en évidence l'importance de savoirs relationnels permettant d'identifier le jeu et le système politique à l'à·uvre dans le processus de décision.

• Le modèle organisationnel, il tente de représenter le processus de décision de l'organisation. Il s'agit d'un processus collectif rassemblant des acteurs ayant des motivations et comportements différents qui sont associés à des systèmes de rôles différents. La théorie du groupthink a montré ses limites.
• Le modèle de la poubelle, On considère qu'une décision est toujours, mais à des degrés divers, le résultat d'une rencontre fortuite entre un problème à résoudre et une solution satisfaisante à celui-ci. Les rencontres se font dans les dans les lieux et des moments o๠des décisions doivent être prises.

Les biais cognitifs Le mapping

D'un point de vue cognitif:

• les fonctions exécutives (planification,..)
• Les fonctions d'évaluation

Les modèles:

• Le modèle SRK de rassmussen
• le modèle de norman

Reynaud met en évidence la prépondérance de l'affectif dans la décision. En effet, il s'agit de remettre en cause le cognitivisme qui analyse la stratégie dans la prise de décision à partir d'entretiens directifs qui présuppose qu'il existe un lien entre le processus cognitif et le comportement et que les résultats de ces entretiens représentent la pensée du dirigeant. Or, ce type d'entretiens ne permet pas de prendre en compte la part inconsciente de la cognition, lorsqu'il s'agit de savoir tacite, l'éthique, la moralité, les relations de pouvoir, l'inconscient. Pour cela, l'auteur propose de s'appuyer sur la méthode des scenarii, des tests projectifs qui permette d'attribuer à autrui (un collègue imaginaire par exemple) son propre affectif et de l'exprimer.

Personnes handicapées ou âgées dépendantes en france:

• 1 francais sur 10 est concerné
• 5 Millions de francais rencontrent des difficultés dans leur vie quotidienne (ouvrir une porte, monter un escalier, sortir de son logement, se déplacer à l'extérieur, communiquer...)
• 6,5 millions de francais ont plus de 65 ans
• 1,5 millions de personnes souffrent d'un handicap significatif

(source: Handroit.com)

La suppléance améliore les facteurs environnementaux et subjectifs, ainsi que la participation à la vie sociale par une compensation des incapacités de la personne. Face aux handicaps et au viellissement des sociétés occidentales, la suppléance s'intéresse à de nombreuses aspects de la vie humaine:

• Dispositifs d'assistance pour la restauration ou l'amélioration des fonctions motrices, sensorielles, cognitives, de communication, adaptation à l'environnement.
• Orthèses, prothèses,
• Habitat intelligent (Domotique ou " Smart Home ") : interfaces, capteurs de l'environnement, assistance informatique,
• Interaction homme-machine : techniques d'interaction, interfaces, aides techniques, conception pour tous,
• Modélisation des comportements humains : cognitifs, psychophysiques, psychologiques,
• Assistance à l'éducation et à la rééducation, ergonomie des systèmes d'assistance,
• Plateformes d'évaluation,
• Dimension sociale: vie publique et privée,
• Assistance à distance : télé-assistance, télédiagnostic, télé-réhabilitation.

Voici un exemple abouti d'aide à la suppléance:

• Care-O-bot, robot allemand (institut de Fraunhofer) polyvalent, il peut rechercher des objets réclamés par l'utilisateur, allumer la télé, arroser les plantes, rappeler la prise des médicaments. Pour l'utiliser, l'utilisateur peut sélectionner une action ou un objet sur l'écran d'une tablette tactile, en cas de doute Care-O-Bot prend une photo et l'envoie à l'utilisateur afin qu'il confirme son choix.

La plasticité neuronale décrit la capacité d'un neurone à changer le type de réponse qu'il rend à une même stimulation. Elle constitue le mécanisme unitaire au niveau cellulaire de la mémorisation et de l'apprentissage.
des études réalisées chez l'animal dans un premier temps, puis chez l'homme ont prouvé le contraire. Elles ont mis en évidence dans des endroits bien spécifiques du cerveau de la souris

Les réserves cognitives sont désignés par Baltes successful ageing is that it is a process of successful adaptation to age-related changes (P. Baltes & M. Baltes, 1990) Evolutionary theory posits that, in order to survive, organisms need to be able to adapt to the demands of the environment la réserve cognitive peut contrebalancer, dans certains domaines, les effets de l'àge. Et cette réserve n'est efficace que si on l'entretient

comme de l'homme adulte (l'hippocampe et le bulbe olfactif), des cellules souches capables de fabriquer de nouveaux neurones. effet, la plasticité cérébrale persiste aux 3ème et 4ème àge. Ces phénomènes sont à la base de tout processus de mémoire et d'apprentissage, mais ils peuvent également intervenir pour répondre à des agressions et compenser les effets de lésions cérébrales en aménageant de nouveaux réseaux. Les synapses sont un des niveaux de la plasticité neuronale.

La potentialisation à long terme (PLT)

Nous voyons donc que la plasticité neuronale dans la vision

Les systèmes de substitution sensorielle transforment des stimuli propres à une modalité sensorielle en des stimuli d'une autre modalité sensorielle.

Un tel système est décomposable en trois éléments distincts: des capteurs qui permettent la conversion d'une forme d'énergie (photonique, sonore, mécanique ou autre) en signaux interprétables par un système de couplage qui est responsable de l'activation coordonnée de stimulateurs.

La stimulation s'adresse en général à des récepteurs cellulaires d'organes sensoriels et est ainsi consommatrice d'énergie électrique qui peut être convertie en énergie sonore (prothèses visuo-sonores) ou mécanique (prothèses visuo-tactiles).

Les propriétés ergonomiques jouent un grand rôle concernant l'acceptation de ces dispositifs, nécessitant:

• un dispositif léger et autonome
• le système idéal doit pouvoir se mettre et s'enlever aisément
• la robustesse du dispositif

Les déficits Neurocognitifs sont, les troubles peuvent atteindre:

• les fonctions exécutives: Catégorisation, Inhibition, Flexibilité, Planification, Mémoire de travail, Attention divisée et attention soutenue
• les habiletés verbales

Ces troubles sont sous-tendus par des déficits neuro-anatomiques et neurochimiques. Il existe de nombreux tests permettant de les identifier.

Les troubles des fonctions éxécutives
Un déficit affectant les fonctions exécutives est évoqué pour rendre compte de tout ou partie des troubles cognitifs observés dans denombreuses pathologies neurologiques ou psychiatrique: traumatismes crâniens, maladies dégénératives (Alzheimer, Parkinson..), schizophrénie, alcoolisme...

• Actions déclenchées par stimulations directes de l'environnement,ïƒ absence d'activités planifiées
• Patient restreint à des tâches familières
• Incapacité à anticiper et d'élaborer les différentes étapes de l'action
• Incapacité à choisir la meilleure stratégie en fonction de la situation

Historiquement, on connait à travers le cas de Phineas Gage(1848) l'impact des lésions frontales sur les habiletés sociales (désintérêt, réactivité émotionnelle, baisse de l'attention focalisée). Mais on commence seulement à parler des fonctions exécutives grà ce à Luria(1973) qui, en s'appuyant sur des obersations physiologiques, décrit les fonctions cognitives de haut niveau (logique, stratégie, planification, résolution de problèmes et raisonnement hypothético-déductif).

L'évaluation, aucun des tests utilisés est une pure mesure du fonctionnement exécutif. Les tâches exécutives dépendent du niveau d'expertise du sujet (tâche +/- automatisée).

• Wisconsin Card Soting Test (WCST)
• Test de Stroop
• Tour de Londres
• Trail Making Test

Les troubles des habiletés langagières

• faible niveau de réussite scolaire
• difficultés en lecture et troubles d'apprentissages

tout se passe comme si l'enfant ne pouvait utiliser de manière efficiente son « discours interne » pour contrôler son comportement (Barkley, 1997). Ceci fait essentiellement référence aux travaux de neuropsychologie de l'école russe, sur le contrôle moteur et émotionnel exercé par le biais du langage, développés initialement par Vygotsky et Luria

Un facteur des comportements antisociaux: Weschler (1944) a souligné, chez l'adulte délinquant, un décalage entre le quotient de performance et le niveau verbal