Dans une étude récente publiée dans Communications naturelles, les chercheurs examinent les réseaux neuronaux de l’hémisphère gauche à dominante linguistique, responsables de l’intégration sémantique, à l’aide d’enregistrements intracrâniens chez des patients épileptiques lors de tâches de lecture. Ces expériences ont également été utilisées pour distinguer les effets induits par la cohérence sémantique et la référentielle basée sur les tâches.
Étude: La dynamique spatio-temporelle de l’intégration sémantique dans le cerveau humain. Crédit d’image : Triff/Shutterstock.com
Arrière-plan
Comprendre les mécanismes neuronaux responsables du traitement des phrases humaines est essentiel pour comprendre la structure et le timing du calcul cortical. Malgré le rôle fondamental du langage dans la cognition en nous permettant de dériver des significations à partir d’indices inconnus, les régions spécifiques du cerveau responsables restent débattues.
Certaines zones, comme le lobe temporal postérieur, ainsi que les cortex préfrontal et pariétal, sont impliquées dans le développement du langage ; cependant, le consensus parmi les chercheurs reste débattu. De plus, les méthodes traditionnelles comme l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) n’ont pas la résolution nécessaire pour disséquer les subtilités des processus linguistiques.
Ainsi, des recherches supplémentaires sont essentielles pour mieux comprendre les régions corticales spécifiques et leurs spécialisations dans le traitement sémantique, compte tenu notamment de la variabilité de la littérature et des défis liés à l’isolement de processus sémantiques distincts avec une résolution spatio-temporelle élevée.
À propos de l’étude
Dans la présente étude, 58 patients anglophones âgés de 18 à 41 ans ont subi des expériences après avoir donné leur consentement éclairé. Les patients présentant des antécédents neurologiques significatifs ou des anomalies telles que la prosopagnosie ont été exclus.
Tous les participants à l’étude ont subi des évaluations neuropsychologiques approfondies. Toutes les procédures ont été approuvées par le Comité pour la protection des sujets humains du Centre des sciences de la santé de l’Université du Texas à Houston.
Les données ont été recueillies à l’aide d’électrodes en profondeur ou à grille sous-durale implantées chirurgicalement, et leurs positions ont été confirmées à l’aide d’une combinaison d’IRM et d’imagerie par tomodensitométrie (TDM). La collecte de données intracrâniennes a commencé un jour après l’implantation des électrodes pour les électrodes en profondeur et deux jours pour les électrodes en grille. Les données ont été examinées à la recherche de bruit et d’artefacts, et tous les points de données peu fiables ont été écartés.
Pour l’expérience principale, on a montré aux patients des mots et on leur a demandé de nommer rapidement et avec précision des objets du quotidien en fonction de ces mots. Certaines phrases étaient conçues pour être incohérentes, ce qui mettait les patients au défi d’en déterminer le sens. Une étude de normalisation secondaire a été menée sur une population non clinique pour vérifier l’efficacité des stimuli.
Une analyse approfondie des données collectées a révélé que sur plus de 13 000 contacts d’électrodes implantés, seuls 9 388 ont été considérés comme pouvant être analysés. Les données brutes ont ensuite été filtrées, transformées et lissées pour décrypter les points d’activation significatifs au cours des essais.
Les données ont ensuite été cartographiées sur un modèle de surface corticale pour comprendre leur signification. Une partie importante de l’analyse a été consacrée à la compréhension de l’interrelation entre le système linguistique et les réseaux de mémoire épisodique. L’étude a également utilisé le projet Human Connectome pour déterminer les régions d’intérêt et garantir le placement précis des électrodes.
Résultats de l’étude
Le temps de réaction individuel moyen était de 1 765 millisecondes (ms) après la conclusion du dernier mot d’une phrase. Lorsque les individus étaient confrontés à des essais référentiels, leurs temps de réaction d’articulation étaient significativement plus rapides que ceux des essais non référentiels.
Des techniques de cartographie avancées ont été utilisées pour mieux comprendre la dynamique spatio-temporelle du traitement des phrases orthographiques. Lors de la lecture d’une phrase, il y avait une escalade progressive de l’activation dans certaines régions du cerveau, en particulier le gyrus frontal inférieur, le cortex pariétal médial, le lobe temporal antérieur et le gyrus temporal moyen postérieur.
Les phases ultérieures du traitement des phrases ont révélé une activation dans le cortex préfrontal ventromédian, le cortex cingulaire postérieur et le cortex orbitofrontal. Certaines régions sont restées actives et ont montré une activité accrue vers la fin du processus de lecture des phrases.
Au début du dernier mot, les essais référentiels ont montré une plus grande activité cérébrale dans diverses zones, telles que le gyrus frontal moyen (MFG), le sillon frontal moyen inférieur (IFS), le cortex pariétal médial (MPC), le cortex parahippocampique, le cortex préfrontal ventromédian ( vmPFC) et le cortex orbitofrontal (OFC). Comparativement, les essais non référentiels ont conduit à une activité accrue du cortex temporal postéro-supérieur et du gyrus frontal antéro-inférieur immédiatement après l’apparition du dernier mot.
Lors de l’exploration de la cohérence sémantique, des modèles d’activité cérébrale distincts ont été observés lors de l’analyse de phrases non référentielles en fonction de leur cohérence. Des phrases non référentielles incohérentes ont provoqué une activité accrue dans le cortex frontal médial et le cortex pariétal médial supérieur. Des phrases cohérentes non référentielles ont entraîné une activité accrue dans des régions telles que l’IFS, le gyrus frontal antéro-inférieur (aIFG), le gyrus angulaire, le gyrus temporal moyen postérieur (pMTG) et l’OFC.
L’étude a en outre examiné l’accès lexical intégratif en évaluant le rétrécissement sémantique, qui fait référence à la probabilité d’identifier un objet défini avant même que le dernier mot d’une phrase ne soit présenté. Par exemple, si certaines phrases donnaient des indications claires sur l’objet en question, d’autres restaient ambiguës jusqu’à la toute fin.
Il n’y avait pas de différence significative dans les temps de réaction d’articulation entre les conditions de rétrécissement fort et limité. De plus, il n’y avait pas de disparités notables dans la longueur des phrases ou la fréquence du dernier mot entre les deux conditions.
Les essais référentiels avec un rétrécissement sémantique limité ont montré une activité cérébrale accrue dans des régions telles que le sillon temporal supérieur postérieur, le MPC, l’IFS, le lobe temporal antérieur et l’OFC, en particulier après l’apparition du dernier mot.
