Neurosciences/La latéralisation cérébrale

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Dans les chapitres précédents, nous avons vu que le télencéphale est subdivisé en deux hémisphères par le sillon inter-hémisphérique. Au premier abord, cette subdivision semble être purement anatomique, sans grande importance sur le fonctionnement du cerveau. Et ce d'autant plus que les deux hémisphères communiquent entre eux, via le corps calleux ou d'autres commissures. Mais ce n'est pourtant pas le cas : certaines fonctions ne semblent pas répartis équitablement entre les deux hémisphères. Par exemple, l'hémisphère gauche a une importance plus grande que le droit pour certains traitements linguistiques (et inversement pour d'autres). Cette spécialisation des hémisphères est appelée la latéralisation cérébrale et elle a été étudiée par de nombreux travaux. Dans la vulgarisation, beaucoup d'affirmations fantaisistes ont été faites quant à ces spécialisations hémisphériques. Peut-être avez-vous entendu que la créativité implique surtout le cerveau droit alors que le gauche est logique et rationnel, par exemple. Chose qui est totalement fausse. Dans ce chapitre, nous allons voir, pour chaque fonction possible, dans quel hémisphère celle-ci semble localisée. Nous allons parler rapidement des fonctions sensorielles : gout, odeurs, vision, etc. Nous parlerons aussi de la latéralisation de la motricité, ainsi que celle des fonctions intellectuelles. A noter que la latéralisation des fonctions intellectuelles est moins franche que celle de la motricité ou des fonctions sensorielles. Nous verrons par exemple que l'idée que le cerveau gauche est verbal alors que le cerveau droit est visuel est en partie fausse (j'insiste sur le : "en partie"). Alors que la latéralisation de la motricité est bien plus stricte et qu'elle est même utilisée en pratique clinique usuelle par les neurologues.

L'étude de la latéralisation cérébrale[modifier | modifier le wikicode]

Étudier la latéralisation cérébrale n'est pas une mince affaire. Mais les neuro-scientifiques disposent de plusieurs méthodes ou de patients particuliers qui révèlent la latéralisation de certaines fonctions. En théorie, trois cas peuvent se présenter :

  • soit la fonction est prise en charge par l'hémisphère du même côté : on parle de latéralisation ipsi-latérale ;
  • soit elle est prise en charge de l'autre côté : on parle de latéralisation contro-latérale ;
  • soit elle est prise en charge par les deux hémisphères, quel que soit le côté du corps en jeu : il n'y a pas de latéralisation.

La méthode des lésions[modifier | modifier le wikicode]

Le cas le plus simple est clairement celui des lésions limitées à un hémisphère : l'analyse des déficits qu'elles entrainent nous permet de savoir si l'hémisphère touché a une fonction particulière. Mais ces lésions sont particulièrement rares, pour diverses raisons. Les lésions sont rarement localisées dans un seul hémisphère et peuvent avoir des conséquences généralisées à tout le cerveau : les AVCs touchent généralement les deux hémisphères, de même que les traumatismes crâniens, etc. Mais même si elles sont rares, les lésions locales à un hémisphère existent et éclairent la répartition des fonctions entre hémisphères.

La stimulation artificielle lors d'une chirurgie[modifier | modifier le wikicode]

Une autre méthode consiste à d'ouvrir la boite crânienne du sujet et placer des électrodes sur un hémisphère pour le stimuler électriquement. Si ces études sont possibles sur des animaux de laboratoires, elles ne sont pas réalisées de manière routinière sur des êtres humains. Cependant, il existe une situation où ce genre d'études est possible : lors d'une chirurgie pour un problème médical. Il arrive que certaines personnes doivent se faire opérer, que ce soit pour une retirer une tumeur cérébrale ou pour d'autres raisons. Lors de la chirurgie, le neurochirurgien peut stimuler électriquement certaines zones du cerveau avec une petite électrode pointue, et regarder ce qui se passe. On pourrait croire que cette méthode d'étude est barbare, mais il n'en est rien : le sujet ne ressent rien, vu que le cerveau ne possède pas de récepteurs à la douleur, et la stimulation ne cause pas de dégâts au cerveau.

De plus cette stimulation peut être très utile en dehors du milieu scientifique, pour les neurochirurgiens qui retirent des tumeurs solides. Lors de ces opérations, généralement faites pour retirer une tumeur, le chirurgien doit éviter au maximum de retirer du tissu cérébral sain ou essentiel. Pour cela, le patient est maintenu conscient et est soumis à une batterie de tests neurologiques ou intellectuels lors de l’opération : on peut lui demander de parler, de nommer des dessins présentés sur un écran, de faire quelques petits calculs mentaux, de compter à l'envers de 10 à 0, etc. Entre chaque coup de scalpel, le chirurgien stimule électriquement le bout de cerveau qu'il souhaite retirer et regarde comment le patient réagit à la stimulation : si jamais des déficits apparaissent lors des tests, le chirurgien sait qu'il ne doit pas retirer la zone stimulée. Autant dire que cette méthode est primordiale pour la pratique médicale !

Les patients split-brain[modifier | modifier le wikicode]

Les scientifiques disposent d'un second cas où la latéralisation cérébrale peut être étudiée : les patients split-brain. Pour rappel, ceux-ci se sont fait sectionner le corps calleux qui relie les deux hémisphères. Les deux hémisphères sont donc déconnectés et vivent leur vie chacun de leur côté, sans pouvoir communiquer (ou très peu). Bizarrement, les déficits induits par une section du corps calleux sont subtils et une personne sans corps calleux peut fonctionner tout à fait normalement dans la vie quotidienne après une rééducation. C'en est au point qu'au milieu du XXe siècle, certains scientifiques pensaient que le corps calleux servait à éviter aux hémisphères de collapser l'un sur l'autre... Il fallut les études de Pyers et Sperry, dans les années 1950, pour que les scientifiques remarquent que les patients callectomisés (à qui on a retiré le corps calleux) avaient bel et bien des déficits suite à leur chirurgie, essentiellement des troubles du langage et/ou moteurs. Ces expériences ont, avec un protocole bien fait, présenté un stimulus à un seul hémisphère et pas à l'autre. On peut alors regarder comment le sujet réagit et en déduire si des déficits précis s'expriment. De ces études, il ressort que les déficits moteurs sont les plus visibles, les autres troubles se faisant discrets et ne pouvant être mis en évidence que dans ces contextes expérimentaux. Mais ils ne s'expriment que dans un nombre limité de circonstances.

L'utilisation d'un tachitoscope[modifier | modifier le wikicode]

Certaines expériences fonctionnent sur un principe différent : elles essayent de présenter un stimulus quelconque (image, mots, commandes, ...) à un seul hémisphère. Pour cela, on présente ce stimulus dans une moitié du champ visuel, mais pas l'autre moitié. Pour cela, on utilise un instrument qui affiche une image sur un seul hémichamp visuel : le tachistoscope.

Le test de Wada[modifier | modifier le wikicode]

Un dernier test expérimental de la latéralisation est le test de Wada, nommé d'après son inventeur : le neurologue japonais Juhn Wada. Celui-ci consiste à désactiver un hémisphère, tout en laissant l'autre fonctionnel. Pour cela, on injecte un anesthésiant dans une artère qui n’irrigue qu'un seul hémisphère. L'anesthésiant utilisé était autrefois du sodium amytal, mais les anesthésistes utilisent des produits différents de nos jours. L'hémisphère irrigué sera alors anesthésié, mais l'anesthésiant n'atteindra pas l'autre hémisphère qui fonctionnera normalement. On peut alors observer les conséquences d'une telle hémi-anesthésie et en déduire le rôle de chaque hémisphère. Évidemment, ce test est risqué, le sodium amytal n'étant pas sans risque, sans compter que la procédure peut endommager gravement l'artère piquée. Dans les faits, il ne sert à préparer des interventions chirurgicales lourdes, où l'on doit enlever un bout de cerveau (une tumeur, par exemple). L'objectif de ce test est alors de voir quel est l'hémisphère dominant pour le langage et la mémoire, afin de vérifier s'il est pertinent de faire une opération dans l'hémisphère gauche et/ou droit.

La latéralisation motrice[modifier | modifier le wikicode]

Le contrôle des mouvements volontaires est clairement latéralisé, avec une répartition qui semble contro-latérale. La méthode des lésions montre clairement que des lésions à l’hémisphère gauche cause une paralysie du côté droit du corps et réciproquement. Ce fait est bien connu des neurologues (et même du grand public), qui savent identifier la localisation d'une lésion suite à une paralysie limitée à un côté du corps. Une confirmation vient des études de stimulations électriques, qui montrent que la stimulation du cortex frontal d'un hémisphère déclenche un mouvement sur l'autre côté du corps. Par contre, au niveau du cervelet, la latéralisation est ipsi-latérale : une lésion du cervelet cause des déficits moteur du même coté que la lésion.

On pourrait penser que les résultats précédents sont le signe d'une latéralisation contro-latérale stricte, mais les études anatomiques nous disent que ce n'est pas le cas : chaque hémisphère est connecté aux deux côtés du corps, et peut donc guider main gauche et main droite. En réalité, l'hémisphère gauche est prioritaire sur le droit pour déplacer la main gauche, et réciproquement. Seul l'hémisphère contro-latéral peut initier un mouvement de la main, l'hémisphère ipsi-latéral ne pouvant agir que sur un mouvement déjà commencé. Une exception à cette règle est le mouvement des yeux, où chaque hémisphère peut initier un mouvement : les deux hémisphères coopèrent pour gérer les mouvements des yeux, même chez les patients split-brain. De manière générale, les mouvements du visage ne sont pas tous latéralisés. En effet, ils sont du fait des noyaux des nerfs crâniens, qui sont situés sous les hémisphères.

L'étude des patients split-brain montre aussi l'existence de déficits moteurs assez subtils, pour certains mouvements particuliers, et dans des circonstances précises. Pour les mouvements acquis avant la section du corps calleux, on n'observe pas de déficits évidents, les deux hémisphères jouant leur partition chacun de leur côté : les patients savent encore nager, manger, courir, cuisiner, jouer du piano, etc. Bizarrement, les tâches qui demandent une bonne coordination des deux mains ne montrent pas de déficits évidents chez les patients split-brain : on a notamment un exemple de patient split-brain qui est un expert en assemblage de voitures de modélisme. Par contre, chaque hémisphère peut initier de lui-même un mouvement. Cela donne des situations où une main semble agir de sa propre volonté sans que le patient puisse la contrôler : c'est le syndrome de la main étrangère. Par exemple, un patient qui s'habille de la main gauche verra sa main droite enlever et défaire les vêtements qu'il vient d'enfiler. Ou encore, un patient qui se brosse les dents de la main droite verra sa main gauche retirer la brosse à dents et la remettre dans le pot. Mais ces troubles disparaissent quelques semaines ou mois après une lésion du corps calleux : les autres commissures compensent progressivement la perte du corps calleux.

Les études sur la plasticité du cerveau ont découvert quelque chose d'assez intéressant : plus une portion du corps est utilisée, plus la zone du cerveau dédiée sera grosse. Cela a poussé certains chercheurs à se dire que chez les droitiers, les cortex moteurs et somesthésiques gauche devraient avoir plus de neurones et de connexions neuronales (synapses) que le droit et inversement chez les gauchers. Pour le moment, les études sur le sujet sont conflictuelles. Le bilan des études semble indiquer que la fissure entre lobe pariétal et lobe frontal est plus marquée à gauche chez les droitiers. De même, il y aurait plus de synapses dans le cerveau gauche des droitiers, dans les zones dédiées à la motricité ou aux sensations tactiles.

La latéralisation sensorielle[modifier | modifier le wikicode]

Pour ce qui est des cinq sens, tous ne sont pas logés à la même enseigne : autant la vision est latéralisée contro-latéralement, autant les autres sens ne le sont pas forcément. Pour certains, comme l'audition, la latéralisation n'est pas franchement claire. Le fait est que chaque sens n'est pas pris en charge par des aires cérébrales distinctes, et que leur répartition hémisphérique n'est pas la même. Autant dire qu'on est obligé d'étudier chaque sens au cas par cas.

La vision[modifier | modifier le wikicode]

La vision est latéralisée contro-latéralement, mais d'une manière pas vraiment intuitive. Pour détailler, l’œil gauche est connecté aux deux hémisphères et c'est pareil pour l’œil droit. Autant dire que la répartition des champs visuels (ce qui est perçu par un œil, le gauche ou le droit)ne montre pas une franche latéralisation. Mais tout change si on regarde non pas ce qui est perçu par chaque œil, mais le champ de vision au total, et plus précisément chaque moitié du champ de vision total. Imaginez une ligne qui sépare votre champ visuel en deux parties égales, qui passe par le centre du regard (le point de fixation). Cette ligne découpe le champ de vision en deux hémichamps : un à gauche, et un à droite. C'est au niveau des hémichamps visuels qu'il y a une latéralisation contro-latérale : le cerveau gauche s'occupe de l'hémichamp visuel droit, et le cerveau droit de l'hémichamp visuel gauche. Rappelons que l’œil gauche perçoit une partie du champ visuel droit, et réciproquement. Pour vous en convaincre, fermez un œil, et regardez le résultat.

Champ visuel gauche.
Hémi-champ visuel.

Le toucher et les sensations associées[modifier | modifier le wikicode]

Pour ce qui est du toucher au sens large (sensation de pression, vibrations, température, douleur), la latéralisation est contro-latérale. À la suite de certaines lésions cérébrales, certains patients ne ressentent plus rien sur une moitié du corps : c'est une hémi-anesthésie. Les observations montrent que c'est le côté opposé du cerveau qui est endommagé. Ce qui prouve que la latéralisation du toucher est contro-latérale. Les études de stimulations vont dans le même sens, comme l'attestent les études suivantes. Dans les années 1940, le chirurgien Wilder Penfield et le neurologue Herbert ont stimulé électriquement certaines portions du cortex lors d'opérations à cerveau ouvert. La stimulation du cortex pariétal cause des sensations tactiles semblables à la douleur ou au toucher : une stimulation du cerveau gauche causait des sensations la partie droite, et inversement.

Les autres perceptions non-tactiles[modifier | modifier le wikicode]

L'audition n'est pas latéralisée : les sons captés par une oreille sont interprétés par les deux côtés du cerveau. Il existe des personnes qui ne peuvent percevoir de sons, à cause de lésions au cerveau dans les aires auditives : ces lésions doivent être présentes aussi bien du côté gauche que du côté droit, les personnes n'ayant de lésions que d'un seul côté ne deviennent pas sourdes.

Pour ce qui est de l'olfaction et du goût, la latéralisation est ipsi-latérale : les capteurs de l'odorat et du goût situés sur le palais et la langue sont connectés directement au bulbe olfactif situé du même côté.

Les fonctions cognitives[modifier | modifier le wikicode]

Le fait que les fonctions sensorielles et motrices soient latéralisées ne semble pas choquant quand y réfléchit. Après tout, notre corps est symétrique et rien d'étonnant que sa commande motrice le soit aussi. De même pour les sensations : on dispose d'un œil gauche et d'un œil droit, d'une narine gauche et d’une narine droite, de deux oreilles, etc. Les raisons de la latéralisation peuvent d'ailleurs s'expliquer avec un peu d'anatomie, notamment avec la répartition des nerfs crâniens et des afférences/éfférences sensimotrices. Mais la latéralisation des fonctions intellectuelles et cognitives est plus difficile à expliquer, même de manière intuitive.

L'attention[modifier | modifier le wikicode]

Nos sensations sont intégrées pour former une représentation cohérente, qui nous permet d'appréhender le monde comme un tout. Lors de ce processus, l'attention, notre capacité à nous concentrer sur certains stimulus joue un rôle important. Et celle-ci semble aussi être latéralisée, mais d'une manière assez particulière : le cerveau droit semble dominant, avec quelques réserves. Certaines lésions au cortex pariétal causent des déficits au niveau de l'attention visuelle et de la perception corporelle, qui forment ce qu'on appelle le syndrome d'héminégligence spatiale latérale. Celui-ci se traduit tout d'abord par des déficits d'attention corporelle, qui font qu'un côté du corps est totalement ignoré par le patient, inaccessible à sa conscience. Ces patients ne réagissent pas quand on touche leur corps du côté gauche, ne se rasent que du côté droit. De plus, l'attention visuelle est aussi touchée, ce qui fait que les patients ne font plus attention au côté gauche ou droit de leur champ visuel. Plus étrange, ces patients ne peuvent pas prendre conscience du côté gauche des objets. Par exemple, si vous leur donnez une feuille remplie de lignes, et que vous leur demandez de toutes les barrer, ils ne vont barrer que les lignes situées sur le côté droit de la feuille. De même, si vous leur demandez de dessiner une maison, ils vont seulement dessiner le côté droit, que ce soit pour reproduire un dessin de maison que de dessiner la maison de mémoire. Certains patients ne mangent que la moitié droite de leur assiette, et oublient la gauche.

Fait étrange, les lésions du côté droit donnent naissance à des déficits très prononcés, contrairement aux lésions de l'hémisphère gauche. L'explication serait la suivante : l'hémisphère droit prend en charge les deux côtés du corps, tandis que l'hémisphère gauche ne prend en charge que la droite. En cas de lésion du côté droit, l'hémisphère gauche ne peut prendre en charge que le côté droit, donnant de lourds déficits du côté gauche du corps. Autant dire que l'on est pas dans un cas classique de latéralisation, qui n'est ici ni contro-latérale, ni ipsi-latérale.

Le langage[modifier | modifier le wikicode]

L'étude de la latéralisation du langage est de loin la plus connue du grand public. Beaucoup pensent que le langage est localisé dans l’hémisphère gauche, cette simplification étant courante dans la vulgarisation scientifique et dans la culture générale. Dans les faits, c'est aussi faux que vrai. La réalité est que le cerveau tout entier se charge du langage parlé et écrit, que ce soit pour comprendre le langage que pour le produire. La subtilité est que le langage n'est pas une fonction intellectuelle unique, mais un ensemble de traitements linguistiques divers : syntaxe/grammaire, vocabulaire, prosodie (intonations et indices émotionnels présents dans la voix), etc. Dans les grandes lignes, l’hémisphère gauche est surtout spécialisé dans la grammaire et la syntaxe, alors que le droit s'occupe de ses aspects émotionnels (prosodie, intonations). Le vocabulaire et la sémantique (le sens des mots et des phrases) est répartie dans les deux hémisphères, mais avec un petit avantage pour l'hémisphère gauche.

Il est vrai que des lésions dans l'hémisphère gauche causent des déficits particulièrement visibles et francs, alors que ceux dans hémisphère droit sont beaucoup plus subtils et "limités". Les lésions dans l’hémisphère gauche induisent, chez la majorité des individus, soit une perte de la parole, soit des troubles de la compréhension. A contrario, des lésions du cerveau droit causent des problèmes au niveau de la prosodie, à savoir la gestion des intonations et des indices émotionnels du langage. Ils se traduisent soit par une difficulté à utiliser les intonations, soit à le produire (la voix devient monotone). Au niveau du vocabulaire et de la sémantique, les déficits sont variables chez les sujets. Il existe quelques cas où la latéralisation est inversée, à savoir que ces déficits apparaissent pour l'autre hémisphère. Ces quelques sujets semblent être à la répartition hémisphérique du langage ce que les gauchers sont à la préférence manuelle.

Expériences sur des sujets split-brain.

Ces observations sur les patients cérébrolésés sont confirmées par l'étude des patients split-brain. En temps normal, ces patients ne présentent pas de troubles évidents du langage ou de la mémoire. Mais si on présente les informations sur un seul hémisphère, les choses changent. Les premières observations de patients split-brain, où le corps calleux est sectionné, ont été réalisées par Sperry dans les années 1960. Ces études présentaient un objet dans un hémichamp visuel : ainsi, c'est l'hémisphère contro-latéral qui reçoit l'information, et lui seul. La toute première expérience utilisait un flash lumineux dans un hémichamp visuel. Les sujets ne prétendaient avoir vu ce flash que quand celui-ci était présenté dans l'hémichamp droit. Par contre, les patients pouvaient pointer le doigt vers la direction du flash, quel que soit l'hémisphère concerné. D'autres expériences demandaient à un sujet de nommer un objet présenté dans un hémichamp visuel. Pour la grosse majorité des sujets, les objets doivent être présentés dans l'hémichamp visuel droit, sans quoi ils ne peuvent être nommés. Et c'est la même chose si le sujet doit toucher l'objet pour l'identifier, preuve que ce n'est pas la vision qui est en cause, ni le toucher. En somme, c'est l'hémisphère gauche qui semble prendre en charge le langage parlé. Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs ont demandé aux sujets d'utiliser l'objet présenté au lieu de le nommer (par exemple, écrire ou dessiner si l'objet présenté est un stylo). Dans ces conditions, les sujets réussissent quel que soit l'hémichamp visuel de présentation. Ce n'est donc pas la reconnaissance des objets qui latéralisée, mais le langage parlé. Mais certains sujets arrivent malgré tout à décrire l'objet de manière assez vague s'il est présenté sur l'hémisphère droit, alors qu'ils ont un hémisphère gauche dominant pour le langage : par exemple, ils diront "une chose ronde", au lieu de dire "ballon". Mais même ainsi, les tâches qui demandent de nommer un objet seront toujours nettement mieux réussies par l’hémisphère gauche. L'hémisphère droit semble cependant avoir un léger avantage pour reconnaitre des images, des pictogrammes, ou des visages.

Enfin, d'autres expériences ont utilisé le test de Wada pour vérifier la latéralisation du langage. Dans une étude de 1977, Brenda Milner utilisa le test de Wada pour quantifier la corrélation entre latéralisation cérébrale du langage et préférence manuelle (droitier/gaucher). Les deux sont corrélés, même si beaucoup de gauchers ont un cerveau gauche pour le langage. Les résultats précis de l'étude sont : 98% des droitiers et 70% des gauchers ont une latéralisation à gauche pour le langage, 2% des droitiers et 30% des gauchers ont une latéralisation à droite.

Nous reviendrons sur ce sujet dans le chapitre sur le langage, à la fin de ce cours.