Corrélats neuronaux de la conscience : apport de l'étude des modèles lésionnels du système nerveux central et périphérique

Neuronal correlate of consciousness : networks modeling fom peripheral and central clesional patients

• Auteur / Autrice : Stein Silva Sifontes
• Direction : Isabelle Loubinoux, Jean-François Démonet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Système nerveux central

Conscience

Mots clés libres

Conscience

Vigilance

Etat végétatif

Membre fantôme

Cognition motrice

Plasticité cérébrale

Résumé

La conscience correspond à l'ensemble de capacités cognitives qui permettent à un individu d'acquérir et de partager son savoir avec autrui. D'un point de vue théorique, on peut distinguer deux composantes élémentaires dans ce concept: un niveau (i. E. Vigilance) et un contenu (i. E. Informations intégrées par l'individu). À son tour, le contenu conscient, fait référence à l'élaboration des notions distinctes de soi et du monde extérieur. En suivant une demarche anatomoclinique, centrée sur l'étude des modèles lésionnels du système nerveux central et périphérique, nous avons eu pour objectif la caractérisation des substrats neuronaux de chacune de ces composantes. Premièrement, nous nous sommes intéressés aux mécanismes impliqués dans l'emergence d'un contenu conscient à partir d'un niveau de conscience. Pour cela nous avons étudié de manière comparative en TEP H2O15 les cartes de débit sanguin cérébral au repos et lors d'une stimulation proprioceptive, chez des sujets sains et des patients en état neurologique végétatif (ENV). Nos résultats soulignent le rôle de la Formation Réticulée Activatrice Ascendante (FRAA) dans le maintien du niveau de conscience et du Cortex Postéro-Médian (CPM) dans l'élaboration de son contenu. Une deconnexion fonctionnelle entre ces structures semble associée au tableau clinique d'ENV. Ces éléments sont en accord avec les modèles théoriques qui corrèlent l'apparition de la conscience à la diffusion synchrone des informations au sein d'un réseau neuronal distribué. De manière complémentaire, nous avons étudié les processus liés à l'élaboration de la notion de soi à partir des representations motrices. À l'aide d'un modèle de déafférentation périphérique par anesthésie locorégionale (ALR), nous avons caractérisé dans ce contexte un ensemble d'illusions peceptives analogues à celles décrites chez les patients amputés. En effet, l'ALR semble être à l'origine de distorsions perceptives de taille/forme, de posture et de mouvement, dont l'apparition est corrélée avec la survenue du déficit proprioceptif. Parallèlement, nous avons analysé les performances des sujets sains bénéficiant d'une ALR du membre supérieur au décours d'une tâche de reconnaissance bimanuelle. Les résultats obtenus suggèrent que (i) la reconnaissance bimanuelle implique la simulation mentale des mouvements des mains, (ii) les representations centrales sous-jacentes sont modifiées rapidement par l'ALR, (iii) le substrat neuronal de l'image du corps recruté par cette tâche est capable d'intègrer des informations polymodales. Nos résultats apportent des éléments nouveaux concernant l'activité cérébrale résiduelle des sujets cérébrolésé et soulignent l'importance des connexions cérébrales nécessaires à l'élaboration d'une expérience consciente. L'étude du phénomène de membre fantôme induit par l'ALR constitue une approche originale des mécanismes impliqués dans l'émergence de la notion de soi. Cette procédure, actuellement dédiée à un usage exclusivement anesthésique, pourrait constituer dans un avenir proche, un nouvel outil de modulation thérapeutique des phénomènes de plasticité cérébrale adaptative

Consciousness is a multifaceted concept, which can be divided in two main components: arousal (i. E. Level of consciousness) and awareness (i. E. The contents of consciousness). In turn, awareness can be divided in two elementary units: external and self-awareness. Here, we propose that disorders of consciouness, associated to brain or peripheral nervous injuries, are a privileged way to investigate the links between these components and their related neural mechanisms. On the basis of H2 O15 PET measurement of cerebral blood flow during rest or during a sensory stimulus, we comparatively analysed the level of interplay which exists between arousal and awareness in healthy subjects and in severely brain-injured patients in a vegetative state. Our results highlighted the role of two major areas: the Ascending Reticular Activating System (ARAS), and the Posteromedial cortex (PMC): one allowing conscious access to external stimuli and the another one, allowing self-referential processes. We demonstrated for the first time, that the Ascending Reticular Activating System (ARAS), whose activity was functionally correlated to that of the PMC in controls, showed no functional correlation with it in PVS patients. This data emphasizes the functional link between cortices and brainstem in the genesis of perceptual awareness and strengthens the hypothesis that consciousness is based on a widespread neural network. Otherwise, we studied generation and updating of self-awareness from peripheral inputs in a model of acute deafferentation induced by regional anesthesia (RA). First, we described that RA induces a set of perceptual illusion that are similar to the phantom limb sensations identified in amputees. RA-induced size, shape, postural and kinesthetic misperceptions for which the onset seems strongly related to an alteration of proprioception. Second, we used a visual left/right hand judgement task, implicitly recruiting motor imagery processes in patients receiving upper limb RA. Results suggest that (i) the right/left judgement task involves mental simulation of hand movements, (ii) the underlying mental representations and their neural substrates are subject to acute alterations following RA, (iii) brain regions supporting body image representations are modulated in a cross-modal way. Our data provide new insights about residual brain activity in severely brain-injured patients and the elaboration of a content of consciousness from a level of arousal. Looking at the phantom limb phenomena induced by RA, constitutes a novel approach to the study of the Self, and could pave the way to further studies assessing RA modulation of afferent inputs in the neurorehabilitation context