Brèves exposition des bases anatomiques de l’attention

Nous allons présenter une brève base anatomique de l’attention. Ceci sans rechercher une exhaustivité bibliographique ou théorique du concept, juste un bref exposé des principaux nœuds qui interviennent dans le processus attentionnel, et comment ils le font. Nous partirons du modèle Posner (qui est le plus largement accepté) pour le mettre en œuvre avec les recherches actuelles.

L’attention est « la sélection d’informations pour un traitement et une action conscients, ainsi que le maintien de la vigilance requise pour un traitement attentif » (Posner & Bourke, 1999).

Concepts fondamentaux des soins

Posner (1995) signale trois concepts fondamentaux de l’attention.

1. L’attention ne traite pas l’information ; il rend simplement un tel traitement possible ou inhibe. L’attention peut être anatomiquement différenciée des systèmes de traitement de l’information.
2. L’attention est basée sur des réseaux anatomiques, elle n’appartient pas à une zone spécifique du cerveau et n’en est pas non plus un produit global.
3. Les zones cérébrales impliquées dans l’attention n’ont pas la même fonction, mais différentes fonctions sont supportées par différentes zones. Ce n’est pas une fonction unitaire.

Ceci est très important car cela permet de différencier le système de traitement attentionnel du système de traitement perceptif, ou autres, ce qui est très pertinent du point de vue évaluatif. L’attention a donc deux fonctions principales : maintenir la vigilance (SURVEILLANCE) et sélectionner les informations auxquelles les ressources doivent être dédiées (SUIVI ET CONTRÔLE). Sélectionnez les mécanismes et les informations à manipuler. Le système d’attention a une capacité limitée, vous devez donc sélectionner le type d’informations pertinentes.

Systèmes attentionnels

Posner distingue trois systèmes d’attention :

• Système réticulaire ascendant : En charge des tâches de tonicité, de régulation des états de veille et de l’état autonome pour le fonctionnement. Leurs noyaux principaux se trouvent dans le tronc cérébral, bien que leurs réseaux s’étendent par des voies ascendantes dans tout le cerveau. Son principal neurotransmetteur est la noradrénaline (NE). Les principales entrées NE du locus coeruleus sont l’aire pariétale, le noyau pulvinaire du thalamus et les colliculi, c’est-à-dire les aires qui forment le réseau attentionnel postérieur.
• Système attentionnel postérieur : Ce réseau est lié à l’orientation visuo-spatiale de l’attention, c’est pourquoi il a également été appelé réseau d’orientation. Le terme orientation fait référence à l’alignement manifeste (organes sensoriels) ou caché (attention) avec une source d’informations sensorielles ou avec un contenu de mémoire. L’orientation peut être exogène ou répondre à des éléments internes.
• Système attentionnel antérieur : Il réalise des fonctions de sélection et de discrimination, de stimulation et de détection d’erreurs.

L’activité des systèmes n’est pas indépendante en elle-même, mais dépend des exigences attentionnelles de la tâche.

Système attentionnel dans la théorie de Posner

Pour Benedet (2002), le système attentionnel dans la théorie de Posner implique :

1. Maintenir la vigilance nécessaire en tout temps.
2. Détectez les changements de stimulus peu fréquents (vigilance).
3. Sélectionnez les informations pertinentes (attention sélective) et inhibez les informations non pertinentes (résistance à la distraction).
4. Maintenir cette fonction sélective lors de l’exécution d’une activité ou d’une tâche d’une certaine durée (attention soutenue),
5. Évaluer l’état du système en tout temps (surveillance);
6. Répartir de manière optimale les ressources entre les différentes représentations et opérations activées (attention distribuée).

Améliorer le modèle Posner

Certains auteurs, bien qu’en partie d’accord avec Posner, mettent en œuvre son modèle attentionnel. Dosenbach, Fair, Cohen, Schlaggar & Petersen (2008) disent que dans l’étude de l’attention et surtout du réseau de contrôle attentionnel, il existe différentes méthodes d’analyse pour tirer des conclusions sur la connectivité des réseaux attentionnels. Ces méthodes limitent la portée des conclusions, qu’elles soient utilisées séparément ou ensemble.

Ils ne nient pas la proposition initiale de Posner, puisqu’il existe une série de réseaux attentionnels avec des finalités différentes ; bien que leurs résultats soutiennent une redéfinition du système de contrôle attentionnel. Pour cela, Dosenbach et al. (2008) réalise une étude des phénomènes descendants à travers une combinaison de différentes techniques, dans un cadre théorique qui s’appuie sur la théorie des systèmes complexes.

Cette théorie propose qu’il existe une série de nœuds dans le système nerveux central qui sont interconnectés de manière efficace, de telle sorte qu’ils produisent des architectures neuronales de «petit monde», dans lesquelles les nœuds du système ne sont ni aléatoires ni réguliers.

Premièrement, ils proposent une conception mixte liée aux blocs et aux événements, ce qui fournit une mesure beaucoup plus précise des divers processus de surveillance : initiation du contrôle attentionnel, maintien de l’ensemble cognitif et détection d’erreurs. De cette façon, l’analyse des activations en résonance est beaucoup plus fine, puisqu’elle découple les activations dans différentes situations expérimentales.

Réseaux d’activation cognitive

Les résultats suggèrent deux réseaux d’activation cognitive : un réseau en état de repos et un réseau d’activation cognitive. Cette proposition a été faite par Dosenbach lui-même, mais aussi par d’autres auteurs (Raichle et al., 2001 ; Corbetta et al., 2008), qui ont réalisé une analyse de ces deux réseaux. Comme nous l’avons dit dans un autre article, il semble que dans certains cas, ils présentent une relation inverse d’activation : plus l’activité du réseau exécutif est grande, moins l’activité du réseau au repos est importante.

Dosenbach et al. (2008) utilisent d’autres méthodes qui permettent, à partir du modèle des systèmes complexes, d’analyser la dynamique des réseaux de contrôle attentionnel. En premier lieu, la théorie des graphes, une branche des mathématiques qui permet d’établir des analyses entre réseaux ou nœuds de réseaux différents. Dans le cas des neurosciences et de la neuropsychologie, cette théorie des graphes est appliquée dans deux types de données : les ROIs (regions of interest, en anglais), qui fonctionneraient comme les nœuds, et les corrélations dans le schéma d’activation des différentes ROIs.

D’autre part, ils analysent la directionnalité des corrélations dans le schéma d’activation des ROI en imagerie par résonance magnétique à l’aide d’une technique connue sous le nom de PPI (analyse d’interaction psychophysiologique). Cette technique examine la relation spécifique dépendante du contexte dans les deux nœuds sur une base d’acquisition entre différents essais. Ensemble, ces données fournissent une distribution et une définition plus spécifiques du ou des réseaux de contrôle.

Les expériences de Dosenbach analysent les domaines qui supportent trois types de fonctions :

• Changement d’ensemble ou maintien -attention au signal-, qui implique l’insula antérieure, l’ACC dorsale et le cortex préfrontal antérieur ;
• Ajustement et rétroaction, impliquant le cortex préfrontal dorsolatéral et le lobe pariétal inférieur ; et
• Initiation du contrôle cognitif, qui implique le sillon intrapariétal et le cortex frontal dorsal.

En plus des méthodes d’analyse des relations, elle cherche également à établir l’indépendance des systèmes, pour laquelle une analyse de composants indépendants est réalisée.

Réseaux fronto-pariétal et cingulo-operculaire

Les résultats de Dosenbach et al. (2008) montrent une distribution quelque peu différente et plus complexe que celle de Posner. Il existe deux réseaux de contrôle attentionnel, l’un fronto-pariétal et l’autre cingulo-operculaire. Les deux sont unis par une structure qui, ces dernières années, a commencé à prendre du poids dans la recherche en tant que processeur cognitif complexe : le cervelet.

Le réseau fronto-pariétal est constitué du cortex préfrontal dorsolatéral, du lobe pariétal inférieur, du cortex frontal dorsal, du sillon intrapariétal, du précuneus et du cortex cingulaire médial. Sa fonction principale est d’initier et d’ajuster le contrôle cognitif, en répondant différemment en fonction du retour qu’il reçoit de l’exécution – correct vs erroné.

D’autre part, le réseau cingulo-operculaire est formé par le cortex préfrontal antérieur, l’insula antérieure, le CCA dorsal et le thalamus. Sa fonction principale est de maintenir l’ensemble cognitif stable pendant les tâches.

Cervelet

Quelle est la fonction du cervelet et pourquoi présente-t-il une activité importante ? Certains auteurs (Allen, Buxton, Wong et Courchesne ; 1997) ont proposé que le cervelet est un centre fondamental pour prédire et préparer une acquisition imminente d’information, d’analyse ou d’action. Dans ce double réseau de contrôle, le cervelet fonctionne comme une « station de passage » entre le thalamus (cingulo-operculaire) et le précuneus, le cortex pariétal inférieur et le cortex préfrontal dorsolatéral (fronto-pariétal), agissant comme un mécanisme d’analyse des erreurs et qui se connecte avec des domaines qui détectent et adoptent des stratégies face à l’erreur.

Extrait de : http://scienceblogs.com/developingintelligence/2010/09/15/machines-learn-how-humans-lear/

La principale vertu du modèle proposé par le groupe de Dosenbach est que ce traitement est effectué en parallèle, avec deux réseaux de neurones qui traitent les informations pertinentes à la tâche mais dont le contrôle descendant est différent.

Fonctionnement 

D’une part, le réseau fronto-pariétal traiterait les informations pertinentes pour le contrôle adaptatif, en gardant activement à l’esprit les informations pertinentes dans la tâche d’un nombre limité d’essais, afin de mettre en œuvre un contrôle rapide des réglages de paramètres [priorité] lorsqu’une erreur est détecté. Alors que le réseau cingulo-operculaire, qui implique le maintien de l’ensemble cognitif, implique une activité soutenue tout au long des différents essais, qui détecte l’erreur dans un premier temps, mais ne produit pas de changement dans paramètres dans l’exécution de la tâche.

Ce résultat est conforme à la proposition de Corbetta et Shulman (2002) et de Corbetta et al. (2008), qui établissent un double réseau d’exécution attentionnelle : un ventral, chargé de détecter la saillance des stimuli environnementaux, et un dorsal qui s’active dans les tâches d’attention focalisée de durée prolongée, et qui agit également guidé par le toile ventrale.

Cependant, les deux réseaux ne sont pas directement liés, mais sont liés par le cortex préfrontal. Dans le cas de Dosenbach et de son groupe, on pourrait partiellement extrapoler le réseau de contrôle fronto-pariétal aux structures du réseau de soins dorsaux, tandis que l’on pourrait faire une analogie entre la détection de saillance environnementale (ventrale) et la détection d’une erreur lors de la exécution d’une tâche.

Conclusion

Le modèle de Posner qui inclut le CCA dans le cadre d’un système de contrôle attentionnel n’était pas tout à fait complet, et les modèles de Dosenbach et Corbetta l’implémentent, proposant des systèmes plus complexes, qui impliquent une plus grande interrelation entre les réseaux à grande échelle dans un architecture du « petit monde », et contrôle attentionnel qui ne dépend pas presque exclusivement de la structure préfrontale.

En ce sens, le CCA et surtout le CCA dorsal, apparaît comme un nœud de traitement qui prend du poids par rapport aux structures préfrontales en tant que structure nécessaire pour effectuer des tâches cognitives de haut niveau ; notamment lorsqu’il est nécessaire de maintenir un ensemble cognitif, et de détecter que ledit ensemble est défaillant dans l’exécution d’une tâche.

En fait, les neurones de von Economo se sont développés plus tard que d’autres pour former des structures neurales impliquant des fonctions adaptatives. C’est-à-dire que grâce à ces neurones, notre comportement orienté vers un but est plus étendu, par rapport à d’autres animaux, ce qui, d’un point de vue ontogénétique, peut également être observé en ce qui concerne le développement évolutif de l’homme.

Bibliographie

Allen G1, Buxton RB, Wong EC, Courchesne E (1997). Activation attentionnelle du cervelet indépendante de l’implication motrice.
Corbetta M1, Shulman GL (2002). Contrôle de l’attention dirigée par un objectif et par un stimulus dans le cerveau
Dosenbach, N. U. F., Fair, D., Cohen, A. L., Schlaggar, B. L. et Petersen, S. E. (2008). Une architecture à double réseau de contrôle descendant. Tendances en sciences cognitives, 12 (3), 99-105. https://doi.org/10.1016/j.tics.2008.01.001

Posner, M.I. (1995). Attention en neurosciences cognitives : un aperçu. Dans M. S. Gazzaniga (éd.)
Posner, M.I et Bourke. P. (1999) : « Attention ».
Raichle ME (2001). Un mode de fonctionnement du cerveau par défaut

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