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Une nouvelle représentation du vivant (DS0401)
Edition 2014


DISTRACTEDBRAINOSCI


Dynamique cérébrale oscillatoire dans la balance attentionnelle des mécanismes descendants et ascendants

Dynamique cérébrale oscillatoire dans la balance attentionnelle des mécanismes descendants et ascendants
Ce projet a pour objectif de tester l’hypothèse que l’attention ascendante et l'attention descendante se manifestent par l’activation de réseaux oscillatoires distincts, et d’explorer l’interaction dynamique entre ces réseaux, dans le cerveau humain sain ou pathologique.

L'équilibre entre les mécanismes ascendants et descendantsde l'attention
L’attention facilite le traitement de certaines informations alors que d’autres sont ignorées. L’attention descendante permet la sélection des informations pertinentes pour réaliser efficacement la tâche en cours. L’attention peut cependant être involontairement capturée par un stimulus saillant inattendu. Cette forme ascendante de l’attention, est indispensable pour pouvoir réagir à des évènements potentiellement importants mais néanmoins non pertinents pour la tâche en cours (e.g. alarme incendie). Un bon équilibre entre les mécanismes ascendants et descendants est crucial pour être efficace dans une tâche donnée, tout en étant réactif à l’environnement. Cet équilibre précaire est souvent affecté dans les troubles neurologiques ou psychiatriques, conduisant à une distractibilité accrue. Malgré l’importance évidente de la distractibilité dans l’évaluation du statut neurologique des patients, aucun index de ce processus n’a été validé pour la pratique clinique.
Des travaux en Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle ont montré que des réseaux cérébraux se recouvrant partiellement sous-tendent les mécanismes ascendants et descendants : le réseau dorsal descendant, et le réseau ventral ascendant, avec un recouvrement maximal au niveau du cortex préfrontal latéral. Il a été proposé qu’une hiérarchie oscillatoire puisse réguler les communications cérébrales à courte et longue distance. L’exploration de cette hiérarchie oscillatoire semble particulièrement pertinente pour comprendre l’interaction entre les réseaux ventral et dorsal, ainsi que la compétition entre les mécanismes ascendants et descendants de l’attention.
Ce projet a pour objectif de tester l’hypothèse que l’attention ascendante et l'attention descendante se manifestent par l’activation de réseaux oscillatoires distincts, et d’explorer l’interaction dynamique entre ces réseaux, dans le cerveau humain sain ou pathologique.

Le Competitive Attention test
Dans ce but, nous proposons un nouveau paradigme dans la modalité auditive qui permet d’étudier simultanément les mécanismes attentionnels ascendants et descendants : le test de l’attention compétitive. Nous explorerons l’activité et la connectivité cérébrales pendant ce test, à l’aide d’enregistrements cérébraux simultanés à différentes échelles – électroencéphalographie (EEG) de scalp, EEG intracorticale, et magnétoencéphalographie (MEG) – combinés à des mesures anatomiques et à des méthodes avancées d’analyse du signal.
Tout d’abord, la dynamique typique des interactions oscillatoires entre les réseaux ascendant et descendant de l’attention sera étudiée à l’aide de signaux d’EEG de scalp, d’EEG intracorticale et de MEG.
Puis nous explorerons, à partir de mesures en EEG de scalp et MEG, comment l’équilibre précaire entre les mécanismes attentionnels ascendants et descendants peut être perturbé et conduire à des fonctions attentionnelles atypiques dans deux pathologies : la migraine et l’accident vasculaire cérébral frontal. Une atteinte des réseaux frontaux attentionnels a en effet été observée dans ces pathologies.

Résultats

Pour l'instant, ce projet montre que l'anticipation attentionnelle descendante est un processus dynamique qui repose sur un équilibre entre des mécanismes facilitateurs et inhibiteurs en fonction du stimulus pertinent à l'instant t. Cet équilibre semble se manifester par des activités oscillatoires dans différentes sous-bandes de l'alpha.

De plus, nous avons trouvé que les patients souffrant de migraine présentent des processus attentionnels descendants et ascendants exacerbés, qui pourraient expliquer leur hypersensiblité sensorielle.

Perspectives

Ce projet apportera de nouveaux éléments de compréhension de la dynamique cérébrale à l’origine de l’équilibre attentionnel ascendant/descendant. Il permettra l’optimisation de nouveaux tests de la distractibilité pour le diagnostic précis des déficits attentionnels, ainsi que le développement de nouveaux outils thérapeutiques.

Productions scientifiques et brevets

Hirel C, Nighoghossian N, Lévêque Y, Hannoun S, Fornoni L, Daligault S, Bouchet P, Jung J, Tillmann B, Caclin A. Verbal and musical short-term memory: Variety of auditory disorders after stroke. Brain Cogn. 2017, 113:10-22.
doi: 10.1016/j.bandc.2017.01.003. Epub 2017 Jan 11.

Tillmann B., Hirel C., Lévêque Y. & Caclin A. (in press). Musical connections: Music perception and neurological deficits. Routledge Companion to Music Cognition. Editeurs: R. Ashley & R. Timmers. Routledge.

H A ElShafei, R Bouet, O Bertrand, A Bidet-Caulet. On the edge of your eats: Investigating the neural correlates of auditory anticipatory attention. Advances and Perspectives in Auditory Neuroscience (APAN), Satellite Symposium at the Society for Neuroscience Annual Meeting. San Diego, November 11, 2016.

Partenaires

CRNL Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, INSERM U1028-CNRS UMR5292

Aide de l'ANR 391 716 euros
Début et durée du projet scientifique octobre 2014 - 48 mois

Résumé de soumission

L’attention facilite le traitement de certaines informations alors que d’autres sont ignorées. Elle se manifeste par des processus descendants (top-down) et ascendants (bottom-up). L’attention descendante permet la sélection des informations pertinentes pour réaliser efficacement la tâche en cours. L’attention peut cependant être involontairement capturée par un stimulus saillant inattendu et donc être détournée de la tâche en cours. Cette forme ascendante de l’attention, est indispensable pour pouvoir réagir à des évènements potentiellement importants mais néanmoins non pertinents pour la tâche en cours (e.g. alarme incendie). Un bon équilibre entre les mécanismes ascendants et descendants est crucial pour être efficace dans une tâche donnée, tout en étant réactif à l’environnement. Cet équilibre précaire est souvent affecté dans les troubles neurologiques ou psychiatriques, conduisant à une distractibilité accrue. Malgré l’importance évidente de la distractibilité dans l’évaluation du statut neurologique des patients, aucun index de ce processus n’a été validé pour la pratique clinique. Les tests actuellement disponibles permettent de révéler des dysfonctionnements de l’attention descendante, mais sont inefficaces pour détecter d’éventuelles altérations des mécanismes ascendants de capture attentionnelle.
Seulement quelques études de neuroimagerie ont étudié l’équilibre ascendant/descendant de l’attention. Les travaux en Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle ont montré que des réseaux cérébraux se recouvrant partiellement sous-tendent les mécanismes ascendants et descendants : le réseau dorsal descendant (cortex pariétaux et frontaux dorsaux), et le réseau ventral ascendant (régions temporo-pariétales et frontales ventrales), avec un recouvrement maximal au niveau du cortex préfrontal latéral. Il a été proposé qu’une hiérarchie oscillatoire, se manifestant à des échelles temporelles et spatiales multiples, puisse réguler les communications cérébrales à courte et longue distance. L’exploration de cette hiérarchie oscillatoire semble particulièrement pertinente pour comprendre l’interaction entre les réseaux ventral et dorsal, ainsi que la compétition entre les mécanismes ascendants et descendants de l’attention.
Ce projet a pour objectif de tester l’hypothèse que l’attention ascendante et l'attention descendante se manifestent par l’activation de réseaux oscillatoires distincts, et d’explorer l’interaction dynamique entre ces réseaux, dans le cerveau humain sain ou pathologique.
Dans ce but, nous proposons un nouveau paradigme dans la modalité auditive qui permet d’étudier simultanément les mécanismes attentionnels ascendants et descendants : le test de l’attention compétitive. Nous explorerons l’activité et la connectivité cérébrales pendant ce test, à l’aide d’enregistrements cérébraux simultanés à différentes échelles – électroencéphalographie (EEG) de scalp, EEG intracorticale, et magnétoencéphalographie (MEG) – combinés à des mesures anatomiques et à des méthodes avancées d’analyse du signal.
Tout d’abord, la dynamique typique des interactions oscillatoires entre les réseaux ascendant et descendant de l’attention sera étudiée à l’aide de signaux d’EEG de scalp, d’EEG intracorticale et de MEG.
Puis nous explorerons, à partir de mesures en EEG de scalp et MEG, comment l’équilibre précaire entre les mécanismes attentionnels ascendants et descendants peut être perturbé et conduire à des fonctions attentionnelles atypiques dans deux pathologies : la migraine et l’accident vasculaire cérébral frontal. Une atteinte des réseaux frontaux attentionnels a en effet été observée dans ces pathologies.
Ce projet apportera de nouveaux éléments de compréhension de la dynamique cérébrale à l’origine de l’équilibre attentionnel ascendant/descendant. Il permettra l’optimisation de nouveaux tests de la distractibilité pour le diagnostic précis des déficits attentionnels, ainsi que le développement de nouveaux outils thérapeutiques.

 

Programme ANR : Une nouvelle représentation du vivant (DS0401) 2014

Référence projet : ANR-14-CE30-0001

Coordinateur du projet :
Madame Aurélie BIDET-CAULET (Centre de Recherche en Neurosciences de Lyon, INSERM U1028-CNRS UMR5292)

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.