Neuroscience de la dyslexie et destroubles d’apprentissage:

Evolution des concepts et perspectives

Michel HabibCHU de Marseille

Genève, 15 mars 2017

DSM-5 : trouble spécifiqued’apprentissage

A. Difficulté à apprendre et à utiliser les aptitudes académiques, comme indiqué par laprésence d’au moins un des symptômes suivants, qui ont persisté depuis au moins6 mois en dépit d’interventions ciblées:

1- lecture de mots inexacte, lente ou laborieuse2- difficulté à comprendre la signification de ce qui est lu (même si lu correctement)3- difficultés d’orthographe (spelling) : p.e. : ajout ou omission de lettres4- difficultés dans l’expression écrite (p.e. erreurs de ponctuation ou grammaticales, défautd’organisation des paragraphes, manque de clarté de l’expression des idées)5- difficulté à maîtriser le sens des nombres, les faits numériques, ou le calcul6- difficulté dans le raisonnement mathématique (appliquer des concepts ou des faits dans larésolution de problèmes)

B. Significativement en-dessous de ceux attendus pour l’âge et interfèresignificativement avec les performances académiques ou les occupations

C. Commence durant les années d’école mais peut n’être manifeste que dès lors que lesdemandes excèdent les capacités limitées de l’individu

D. Pas mieux expliquées par déficience intellectuelle, acuité auditive ou visuelle noncorrigée, autres troubles neurologiques ou mentaux, adversité psycho-sociale…

DSM-5: TROUBLES du neurodéveloppement(neurodevelopmental disorders)

Troubles spécifiquesd’apprentissage

Lecture – écriture – calcul

Troublesdu langage

(dysphasie)

Trouble de productiondu langage

(speech sounddisorder)

Trouble (pragmatique)de la communication

sociale

Troubles de lacommunication Troubles

moteurs

Troubledéficitaired’attention

(TDAH)

Forme mixteFormeinattentive

Troubles duspectre

autistique

Dyslexie 2000-2017 :quelles avancées, quelles perspectives?

Pubmed 2000 à ce jour : 741 articles avec "brain child dyslexia", dont 73 en2016-17; par comparaison : "brain child epilepsy" : 8849 dont 1241 en2016-17 et "brain child ADHD" : 2830 dont 320 en 2016-17

L’apport des neurosciences :trois époques successives

ó Époque 1 (80-90): travaux fondateurs de l’École de Boston:ó microscopique : défaut organogenèseó macroscopique : notion de dyslatéralité

ó Époque 2 (95-2005): avènement de l’imagerie fonctionnelle (PET, Potevoqués, IRMf, MEG…)ó Activation fonctionnelle : caractériser et localiser l’anomalie fonctionnelleó En comprendre les mécanismesó Effets de la rééducation et de l’environnement socio-culturel

ó Epoque 3 (2005-2013) : différencier les sous-types, orienter lathérapeutiqueó Combinaison activation fonctionnelle/morphométrie (VBM)ó Tractographie et imagerie à tenseur de diffusion (DTI) : connectivité

Epoque 1:les précurseurs

Ectopies sur le cerveaudyslexique(Galaburda et al., 1979, 1985)

G D

Planum temporale

Aire de Wernicke

PT

NON DYSLEXIC

Planumtemporale

DYSLEXIC

Planumtemporale

left right

Absence of planum asymmetry in the dyslexic brainFrom Galaburda et al., 1979; 1985

Teszner et al., 1972 :asymétrie du planum déjà présente surun cerveau de fœtus à terme

TESTOSTERONE

DOMINANCEATYPIQUE

TRBLESD’APPRENT.

MALADIES IMMUNES

GAUCHERS, AMBIDEXTR INCIDENCEFAMILIALE

LANGAGE, DYSLEXIE, ETC.

THEORIE de GESCHWIND-BEHAN-GALABURDA(représentation « triadique »)

ANOMALIES DE MATURATIONDU CERVEAU

Méta-analyse : sur les 16 dernières études d’asymétrie du planum : 2accentuation et 3 diminution de l’asymétrie; 11 pas de différence

Dyslexie : opercule pariétal gaucheplus vaste

Einstein’s brain : no parietal opercula(from Witelson et al., 1999)

Hypertrophie du corps calleux

dyslexique (2136) témoin

Areas analysis : No areal differencesShape analysis : shorter posterior midbody

Effect of group (DYS/CONT) andcountry (FR/ENGL) on callosal

size

Total callosal area : group x countryinteraction

controldyslex

680

700

720

740

760

780

800

820

french english

tota

lcal

losa

lare

aF(1,60)=9.337; p=0.033

MIGRATION

NEURONALE :

chaque neurone semble

"choisir" son rail glial en

fonction de la présence à

la surface de ce dernier

de certaines molécules,

dites molécules

d'adhésion

1- compétition pourl'établissement de synapses

2- des facteurs trophiquesdéterminent, par leurconcentration au niveau desterminaisons synaptiques, lasurvivance ou l'élimination desneurones

Perte neuronalephysiologique des neurones

DYX2 on 6p22 DCDC2 : un gène associé chez l'animal et chezl'homme à une migration neuronale anormale

Plusieurs gènes identifiés par les analyses deliaisons ont également un rôle connu dans ledéveloppement du cerveau

ROBO1 : joue un rôle dans la régulation dupassage de la ligne médiane par les axonescalleux

Une manipulation in utero deDYX1C1 provoque desectopies similaires à cellesdes humains dyslexiques

the neurological reading disorder dyslexia may be a primeexample of how genes, gender, and environment maycontribute to its susceptibility. A genetic component isestablished, with candidate genes such as CYP19A1 andDYX1C1 among others;….imbalanced sex-hormonesignaling, for example through aberrant CYP19A1expression itself or from environmentally present EDCs,could affect ERβ function and its regulation of DYX1C1expression.….males may be more affected by sex-hormone imbalancesthan females since the circulating estrogenic compound3βAdiol, produced by the immature ovaries, may likelycompensate for perinatal E2 dysregulations and therebyprotect the female brain.

(estradiol)CYP19A1 gene

Endocrinedisruptivechemicals

Résumé époque 1ó Les travaux initiaux de Galaburda et al. sur la morphologie

corticale micro-et macroscopique ont eu le mérite d’attirerl’attention vers un défaut de maturation survenu dans les phasesprécoces du développement cérébral

ó Les premières études en imagerie se sont focalisées sur descaractéristiques anatomiques macroscopiques du cerveau sansapporter d’information décisive sur les mécanismes

ó Les études de génétique moléculaire ont identifié plusieurs gènescandidats dont l’intervention implique les phases très précoces dudéveloppement cérébral et dont l’expression pourrait êtredépendante de l’intégrité du métabolisme de la testostérone, luimême sous l’influence de facteurs à la fois génétiques etd’environnement.

Epoque 2 :imagerie fonctionnelle

Lettresriment?

G H

Dyslexique avant traitement

Après traitement phonologique (Fastforword®). D’après Temple et al., 2003

(1) Réactivation de zones« éteintes »

(2) Activation de zonesnormalement non actives

Témoinsnon dys

Dyslexiques"compensés"

Dyslexiques"persistants"

LEAT JETE

Riment?

Shaywitz et al., Biol. Psychiatry, 2003<-- milieux moins favorisés

Paulesu et al. (2000)A cultural effect on brain function

350

550

750

950

1150

1350

1550

cont rols dyslexics

RT

(mse

c)French

Italian

British

We examined the evidence from functionalimaging studies for predominance of aphonological left temporo- parietal (TP)dysfunction in dyslexic children andpredominance of a visual-orthographic leftoccipito-temporal (OT) dysfunction in dyslexicadults. Separate meta-analyses of 9 studieswith children (age means: 9-11 years) and of9 studies with adults (age means: 18-30years) and statistical comparison of thesemeta-analytic maps did find support for adysfunction of a left ventral OT region in bothchildren and adults. The findings on a possiblepredominance of a left TP dysfunction inchildren were inconclusive. Contrary toexpectation, underactivation in superiortemporal regions was only found for adults, butnot for children. For children, underactivationwas found in bilateral inferior parietal regions,but this abnormality was no longer presentwhen foci identified by higher dyslexic task-negative activation (i.e., deactivation inresponse to reading compared to baseline)were excluded. These meta-analytic results areconsistent with recent findings speaking for anearly engagement of left OT regions in readingdevelopment and for an early failure of such anengagement in dyslexia.

Children underactivationChildren overactivationAdult underactivationAdult overactivation

Double méta-analyse : - 9 études en VBM=62 foyers de réduction de SG chezdyslexiques - 24 études en IRMf =125 foyers d’hypoactivation et 11 études=95foyers de sur-activationRésultats: - VBM : clusters de convergence dans G.temp-Par. bilatéral,GTInf Gche et cervelet bilatéral - superposition entre hypoactivation fonctionnelle et foyer deréduction VBM temporal inférieur gauche - superposition entre hyperactivation et foyer de réduction VBMcervelet

14 studies in deep orthographies (DO: English) and in14 studies in shallow orthographies (SO: Dutch,German, Italian, Swedish).

1- universal reading-related dyslexic underactivation in the leftoccipitotemporal cortex (including the visualword form area(VWFA)).2- Higher convergence of underactivation for DO comparedwith SO in the left inferior frontal gyrus (IFG) pars triangularis,left precuneus, and right superior temporal gyrus,3- higher convergence of overactivation in the left anteriorinsula.4- Higher convergence of underactivation for SO in the leftfusiform gyrus, left temporoparietal cortex, left IFG pars orbitalis,and left frontal operculum,5- higher convergence of overactivation in the left precentralgyrus.

deep orthographies (redunderactivation, greenoveractivation)

shallow orthographies (blue underactivation, yellow overactivation)

(C) The overlay of the two separate maps for deep and shallow orthographiesillustrates overlapping underactivation (purple). The difference map in (D) indicateshigher convergence of underactivation for deep compared with shallow (red) and viceversa (blue) and higher convergence of overactivation for deep compared with shallow(green) and vice versa (yellow).

Middle frontal gyrus (BA9)

Broca’s area (BA45)Wernicke’s area

Posterior temporal lobe

A B

Ziegler & Habib (2005) TICS

Parmi les aires sous-activées en IRMf, une région du GFMoyGche présente une diminution significative du volume desubstance grise

A, Greater brain activation in AC and RCthan in DD (Blue: RC>DD, red: AC >DD); B, greater activation in DD than inAC and RC (Blue: DD>RC, red: DD>AC);C, brain activation difference in AC andRC (Blue: RC>AC, red: AC>RC).

Chinese children with dyslexia (DD)showed reduced brain activation in theleft dorsal inferior frontal gyrus (dIFG)when compared to both age-matchedcontrols (AC) and reading-matchedcontrols (RC) during an auditory rhymingjudgment task. This suggests that thephonological processing deficit in thisregion may be a signature of dyslexia inChinese, rather than a difference due totask performance or reading ability, whichwas matched on DD and RC.

Enfants de 6 mois à risque familial de dyslexie : défaut d'activation cérébrale par unstimulus déviant quant à ses caractéristiques temporelles (/ata/ vs /atta/)

Voxel-based morphometryrevealed significantly reducedgray matter volume indicesfor pre-reading children with,compared to children without,a family-history ofdevelopmental dyslexia in leftoccipitotemporal, bilateralparietotemporal regions, leftfusiform gyrus and rightlingual gyrus. Gray mattervolume indices in lefthemispheric occipitotemporaland parietotemporal regionsof interest also correlatedpositively with rapidautomatized naming.

Twenty healthy, native Englishspeaking children with (FHD+/ n = 10)and without (FHD−/n = 10) a family-history of developmental dyslexia,(mean age 5 years and 11 months)

Activation d’un réseauoccipito-temporo-frontalchez des enfants pré-lecteurs (moyenne âge5ans 8mois) avec (FHD+)ou sans (FHD-) unehistoire familiale dedyslexie avérée, dans unetâche de décision desimilitude du premierphonème de deux motsreprésentés sur des dessins

Longitudinal MRI study : MRI scans wereacquired in the spring of 3 years: first grade(MRI 1, ages 6–7), third grade (MRI 2, ages8–9), and sixth grade (MRI 3, ages 11–12).we were able to determine that the primaryneuroanatomical abnormalities that precededyslexia are not in the reading networkitself, but rather in lower-level areasresponsible for auditory and visualprocessing and core executive functions.Abnormalities in the reading network itselfwere only observed at age 11, after childrenhad learned how to read.

Crucially, Clark and colleagues had only 57%power in their sample at MRI time point 1 todetect the clusters in the left supramarginalgyrus and the left occipito-temporal cortexidentified in our analyses (effect size = 0.93;effect size in Clark et al. = 0.53; effect size isdefined as the mean difference divided bycommon standard deviation). Despite thesignificant value of the longitudinal study byClark and colleagues for the field, larger andstatistically more powerful studies may berequired to reveal ultimately which of thecontrary hypotheses best approximates reality.

Résumé période 2ó Les aires du langage sont insuffisamment activées chez le dyslexique lors

d'exercices phonologiques

ó Un entraînement intensif de quelques semaines, focalisé sur le système déficient,non seulement réactive les zones affaiblies mais sollicite des zones "muettes" desdeux hémisphères. Donc l'entraînement (une intervention extérieure) a modifiél'organisation cérébrale dans le sens d'une probable meilleure connectivité entredes zones habituellement inutilisées

ó Cette capacité de réorganisation est très variable selon des facteurs généraux telsque l’intelligence et le niveau socio-économique des familles

ó Certaines caractéristiques de la langue maternelle influent sur l’organisation ducerveau pour la lecture et modifient même la façon dont dysfonctionne le cerveaudu dyslexique.

ó Pour autant, des anomalies fonctionnelles et même morphologiques seraientprésentes avant même tout apprentissage, donc toute intervention thérapeutiqueou éducative

Epoque 3:au-delà de la dyslexie: à la recherche d’une

explication unitaire des troubles d’apprentissage

Le faisceau arqué : un élément clé dansl’élucidation des mécanismes

Diffusion tensor imaging (D.T.I.)

Le faisceau arqué : principalmarqueur anatomique de la

dyslexie

Brauer J, Anwander A, Perani D, Friederici AD. Dorsal and ventralpathways in language development. Brain Lang. 2013 May 1.

Le faisceau arqué, qui connecte les aires de Broca et de Wernicke est constituéde deux contingents : l’un ventral, présent dès la naissance, qui seraitresponsable du développement linguistique initial (fonctionnerait comme unextracteur de règles d’invariance dans la phonologie et la syntaxe). L’autredorsal, n’apparaissant que vers 7ans, responsable de fonctions linguistiquesplus complexes (sous l’influence de la lecture?).

Étude en tractographie desdéficits phono-auditifs etorthographiques dans ladyslexie : dissociation entreune voie inférieure(orthographe) et supérieure(phonologie et perception dela parole)

• Illettrés (n= 10) : proviennent de la région rurale (5) ou urbaine (5) des environs deBrasilia

• « Participants were illiterates for social reasons, with no history of special difficultyother than the lack of access to schools. »

• Ex-illettrés (n= 10) : parcours similaire à celui des illettrés (parents illettrés de secteurrural) mais ont reçu un enseignement à l’âge adulte.

• Non-illettrés : (n= 11) proviennent de la même communauté sociale que les illettrésmais ont appris à lire pendant l’enfance.

Partie postérieure du faisceau arqué:Volume inversement proportionnel au degré d’illettrisme

40 enfants de différentsniveaux de capacités deconscience phonologiqueen première moitié dematernelle et 18 pré-lecteurs. Corrélation avecl’organisation (taille etanisotropie) du faisceauarqué dans les deuxpopulations :à les différences

d’organisation du FA nesont pas laconséquence del’acquisition de lalecture.

à Pas de telle corrélationavec les autresfaisceaux

Corrélation entre le score deconscience phonologique enmaternelle et la morphologie dufaisceau arqué (volume etanisotropie)

Using diffusion MRI in 36 pre-readers with a family risk fordyslexia (FRD+) and 35 wellmatched pre-readers without afamily risk (FRD−), our resultsshow that phonological predictorsof reading are sustained bilaterallyby both ventral and dorsal tracts.This suggests that a dorsal andleft-hemispheric specialisation forphonological aspects of reading,as observed in adults, ispresumably gradually formedthroughout reading development

14 infants with (FHD+; ages 6.6–17.6 months) and 18 without (FHD−; ages5.1–17.6 months) familial risk for DD. Diffusion scans were acquired duringnatural sleep, and early language skills were assessed. Tractography forbilateral AF was reconstructed using manual and automated methods,allowing for independent validation of results. Fractional anisotropy (FA) wascalculated at multiple nodes along the tracts for more precise localization ofgroup differences. The analyses revealed significantly lower FA in the left AFfor FHD+ compared with FHD− infants, particularly in the central portion ofthe tract. Moreover, expressive language positively correlated with FA acrossgroups.

This study examined white matter integrity at pre-reading, beginning, and fluent reading stages cross-sectionally (n= 78) andlongitudinally (n = 45) using an automated fiber-tract quantification method. Our findings depict white matter alterations and atypicallateralization of the arcuate fasciculus at the pre-reading stage in FHD+ versus FHD − children. Moreover, we demonstrate fasterwhite matter development in subsequent good versus poor readers and a positive association between white matter maturation andreading development using a longitudinal design

Tract lateralization index (LI) profiles between the 1st and 50th nodes for AF are shown for 3 reading developmental stages

• Significant lower FA for FHD+ compared with FHD−children in 3 major left hemispheric white mattertracts ( AF, SLF, and ILF) after the onset of readinginstruction.

• reduced FA and reduced lateralization in thetemporo-parietal segments of the AF in FHD+compared with FHD− children were observed at thepre-reading stage, indicating that tract-specificwhite matter alterations predate reading onset.

• significantly positive correlation between the rate ofwhite matter development and readingdevelopment across both groups, suggesting thatthe maturation of white matter pathway plays animportant role in atypical and typical readingdevelopment.

• A subset of FHD+ children who developed intogood readers show faster whitematter developmentin the right SLF compared with those FHD+children who developed into poor readers,suggesting a potential right-hemisphericcompensatory mechanism for DD.

Compared to NIreaders, DYSreaders showeddivergentconnectivitywithin the visualpathway andbetween visualassociation areasand prefrontalattention areas;increased right-hemisphereconnectivity;reducedconnectivity in thevisual word-formarea (part of the leftfusiform gyrusspecialized forprinted words); andpersistentconnectivity toanterior languageregions around theinferior frontalgyrus.

compared to typical readers,children with reading difficulty hadsignificantly greater functionalconnectivity in the cingulo-opercularnet- work after training, which maydemonstrate the importance ofcognitive control during reading inthis population. These resultssupport previous findings ofincreased error-moni- toringactivation after reading training inchildren with dyslexia and confirmgreater gains with training in thisgroup.

the current study provides evidencefor the effect of the RAP training, anEF- based reading intervention, onfunctional connectivity of cognitive-control networks during rest inchildren with reading difficulties.

En résumé : époque 3ó Le faisceau arqué apparaît comme le principal et le plus

robuste marqueur anatomique de la dyslexie

ó Sa morphologie varie de façon notable chez l’adulte enfonction du degré d’illettrisme

ó Chez l’enfant, son développement est en partiecontemporain de l’acquisition de la lecture

ó Les différences sont cependant déjà présentes avantl’apprentissage de la lecture et proportionnelles auxaptitudes phonologiques

ó Au-delà du seul faisceau arqué, c’est toute la connectivitécortico-corticale qui est altérée chez les dyslexiques, et quipourrait se restituer après une thérapie spécifique

Le cervelet : un premiercandidat très contesté

Le cervelet : un organe auxfonctions multiples etémergentes-motricité, coordination, posture-Modulateur des apprentissagesprocéduraux et desautomatismes (sensori-moteurset cognitifs)- Pace-maker des structures sus-jacentes?

Nicolson et al., T.I.N.S., 2001

Nicolson et al., 1999

Dysfonctioncérébelleuse

Représentationsphonologiques

déficientes

Correspondancesgraphèmes-phonèmes

Déficit de la lectureFaibles aptitudesphonologiques

Trouble schémasarticulatoires

Dysfonction aires du langage

Troublecoordination

motrice

Dysgraphie

Troubleautomatisation

Dyschronie

Reconnaissancevisuelle des mots

dysfonction cérébelleuse (Nicolson)

•Principaux résultats :–16/16 déficitphonologique–10/16 déficit traitementauditif [speech,nonspeech, slow andrapid]–4/16 déficit moteur–2/16 déficit visuel

Chaix et al., 2007: Influence DéficitAttention (DA) sur troubles moteurs

Effet significatif pour F3(Coordinations Neuro-motrices)(p<0.01) & F5 (Equilibre)(p=0.05)

Chaix et al., 2007 : EtudeRétrospective entre 1997 & 2004• Critères d’ inclusion:

– Dyslexie développementale phonologique oumixte avec retard de lecture > 18 mois (Leximétrie) &trouble de la conscience phonologique (BELEC)

- Evaluation Performances motrices & Attention• Critères d’exclusion:– Retard mental : QI > 80 (WISC III)– Dyslexie de surface– ATCD Neurologique et/ou psychiatrique

Atteinte Motrice:– Score LOMDS: < -2 SD dans 40 %– Score LOMDS: -2 SD à < -1.5 SD dans 17%• Retard de lecture et déficit moteur:– Pas de corrélation[r(58):0.09 p=0.48]

Théorie procédurale de Nicolson et Fawcett (2007)

Thèse MaelleBiotteau (Toulouse)

Contrairement à l’hypothèse de Nicolson et Fawcett, il n’y a pas de nette dissociationentre les circuits cortico-striataux et cortico-cérébelleux

Alors que la tâche est apprise avec la même efficacité dans les trois groupes, legroupe DCD ne présente pas la baisse d’activation observée dans les deux autresgroupes dans la condition surapprise et plusieurs régions corticales, striatales etcérébelleuses restent activées après automatisation de la tâche.

—> Le trouble dans le groupe DCD et le groupe co-morbide reposeraient surdes mécanismes différents

Déficit du traitement temporel(Tallal)

Tallal et al., 1973-76

We investigate functionalnetworks during RAP in 28children with (n = 14) andwithout (n = 14) a familial risk forDD before reading onset (mean:5.6 years).Results reveal functionalalterations in left-hemisphericprefrontal regions during RAP inprereading children at risk forDD, similar to findings inindividuals with DD.Furthermore, activation duringRAP in left prefrontal regionspositively correlates withprereading measures of PP and

Représentationsphonologiques

déficientes

Correspondancesgraphèmes-phonèmes

Déficit de la lectureFaibles aptitudesphonologiques

Déficit auditifcentral

déficit du traitement temporel (Tallal)

Déficit visuo-perceptif

Déficit acquisitiondes règlessyntaxiques

dysphasie

Dyschronie,trouble de la

cognition temporelle

Déficit du traitementtemporel

Déficit mémoiresérielle

Dysfonction airesdu langage

”

“

dyslexic students anticipated the signal of anisochronic pacing metronome by intervals thatwere two or three times as long as those ofage matched normal readers or normal adults.These group differences were signi- ficantwhen participants tapped with the preferredindex finger alone or with both fingers inunison. Dyslexic students also tooksignificantly longer than normal readers did torecalibrate their tapping responses when themetronome rate was experimentally changedin the middle of a trial.In addition, dyslexicstudents, by contrast to normal readers, hadinordinate difficulty reproducing simple motorrhythms by finger tapping, and similar difficultyreproducing the appropriate speech rhythm oflinguistically neutral nonsense syllables. Thesedifficulties were exaggerated when participantshad to synchronize their performance to anexternal pacing metronome.

We measure rhythmic fingertapping (paced by ametronome beat versusunpaced) and motordexterity, phonological andauditory processing in 10-year old children, some ofwhom had a diagnosis ofdevelopmental dyslexia. Wereport links between pacedmotor tapping, auditoryrhythmic processing andwritten languagedevelopment. Motor dexteritydoes not explain theserelationships. In regressionanalyses, paced fingertapping explained uniquevariance in reading andspelling.

Children with SLI were indeed foundto be impaired in a range ofmeasures of paced rhythmictapping, but were not equallyimpaired in tapping in an unpacedcontrol condition requiring aninternally-generated rhythm. Theseverity of impairment in pacedtapping was linked to language andliteracy outcomes.

• Performances aux épreuves métriques corrélées aux tests phonologiqueset de lecture

• Dyslexiques<contrôles sur toutes les épreuves métriques

Children listened to eitherregular or irregular musicalprime sequences followed byblocks of grammatically correctand incorrect sentences. Theywere required to performgrammaticality judgments foreach auditorily presentedsentence (grammatical vsagrammatical).

Regularprime

Irregularprime

Przybylski et al.

The amplitude envelope of speech,syllable rise times and the modulationspectrum. Schematic depiction of (A) theamplitude envelope (AE) for the phrase“..drive round, pick my children back up..,”the AE is in red and the original signal is ingray; (B) the rise time for the syllable “my,”shown as blue filled and dotted lines;the rise time is the time taken for theenvelope to reach its highest amplitude;

Examplesof thestimuluswave formfor risetimes of 15(a) and300 (b) ms

Métronomes couplés vs non couplés : synchronisation partransmission d’énergie des oscillations

Training sessions involved groupsof 5–6 children, one hour, twice aweek, for 30 weeks (excludingholidays)

Music training. focus on rhythm and temporal processing(e.g. use of percussive instruments, use of rhythm syllables[ta, ti-ti, . . .], rhythmic body movements accompanying music,sensorimotor synchronization games). Painting training.This program emphasized visual-spatial and hand skills aswell as creativity.

A larger effect of music trainingwas also found when testingauditory attention and in severalperception and productionabilities as tested bypsychoacoustic and musical tasks(Table 3). This was particularlyevident for tasks requiring precisetemporal processing, such as thetemporal anisochrony detectiontask (a psychophysical measureof temporal regularity perception)and the rhythm reproductiontask (Fig 2b), wherein childrenhad to tap a previously heardrhythmic sequence. The outcomein the rhythm production taskturned out to be the bestpredictor of phonologicalawareness as measured by thephonemic blending and phonemicsegmentation tasks

Défaut d’intégration multimodale :une explication unitaire des

troubles dys

McGurk effect : an auditory /ba/presented with a visual /ga/ is typically“heard” as /da/ (the reverse, i.e., auditory/ga/ and visual /ba/, tends to yield /bga/).

Zones activées par des stimuli unimodaux(parole=rouge, lettres=vert, commun=jaune)

4 conditions : unimodal visuel, unimodal auditif,multimodal congruent et multimodal incongruent

A/ l'interaction groupe condition est significative dansles deux régions auditives moyennes

B/ dyslexiques activent moins en unimodal et enmultimodal

C/ témoins ont une moins forte activation pour lespaires incongruentes, pas les dyslexiques

lorsque le stimulus est congruent (le sujet entend 't' et voit la lettre T), la déchargeneuronale est moins bien organisée que chez le témoin; en outre, celle-ci estbeaucoup plus importante qu'elle ne devrait l'être pour un stimulus incongruent (lesujet entend 't' et voit la lettre G).

--> pb d'intégration intermodale

Boets et al., 2013:- les corrélations sont plus fortes au sein d’une catégorie qu’entre les catégories : signe la

robustesse des représentations- phonemic representations are as robust in DYS as in NORM : they are not degraded as

previously thoughtàDYS people have a problem of access to otherwise intactrepresentations

Impaired fonctionalconnectivity betweenBroca’s area and R/Lauditory areas

Reduced anatomicalintegrity of leftarcuate fascic.

Étude de connectivité au repos(resting state) : moindreconnectivité chez DYS entre 1-VWFA et 2-L-sillon intra-pariétal(IPS) et Gyrus frontal moyen(MFG)Corrélé à fluence en lecture etnon à décision lexicale

La question de l’attention dans la dyslexie :débats anciens et nouveaux

33 dyslexic readers receiving 20 training sessionseach (typically 5 days per week for 4 weeks) of 30min per session. The normal readers only underwentthe same amount of diagnostic sessions as thedyslexic readers, but obtained no training.The dyslexic readers were assigned to one of threedifferent types of training: A phonology-based training(n = 12), an attention-based training (n = 7), or a purereading training (n = 14). All trainings wereadministered using laptop PCs to ensurecomparability.

Résultats- comportementaux : les 3

méthodes améliorent de façonsimilaire la lecture, le groupe PHONaméliore spécifiquement laphonologie, le groupe ATT l’attention

- imagerie (protocole de lecturesilencieuse puis orale) : activationdifférentielle de la VWFA (fusiformegauche) dys>cont. Pour les 3groupes, sans différence significativeentre les groupes.

Zone cingulaire antérieure :plus fort différentiel

d’activation chez lesdyslexiques que les normo-lecteurs

Corrélation entrel’amélioration de laprécision et la rapiditéde lecture et les régionsd’intérêt. Chez les DYS,corrélé à la régionfrontale médiane etcingulaire antérieure

Etude de la connectivité intrinsèque dans 4groupes d’enfants (âge moy 12a) :• Dyslexiques non rééduqués• Dyslexiques partiellement rééduqués (lect

seul)• Dyslexiques totalement rééduqués (lect +

orthogr)• Témoins à développement typique

Effet lié à la dyslexie : connectivitéentre lobule pariétal Gche et gyrusfrontal moyen GcheEffet lié à la compensation :connectivité entre VWFA et CPFM(systèmes de l’attention sélective)

Eye-tracking device

Lecture silencieuse Compter les lettres ‘r’

43 dyslexiques / 42 témoinsâge 7-13

• Les témoins, au fur et à mesurequ’ils apprennent à lire, fontmoins de saccades et desfixations plus courtes et moinsnombreuses

• Dyslexiques diffèrent destémoins pour la tâche de lecture,pas pour la tâche de recherchevisuelle

• Effet développemental pour latâche de lecture chez lestémoins, pas chez lesdyslexiques

‘The atypical eye movement’spatterns observed in dyslexicchildren suggest a deficiency in thevisual attentional processing as wellas an impairment of the ocularmotor saccade and vergencesystems interaction’

.RHSDM

Whole report

0

5

10

15

20

25

P1 P2 P3 P4 P5

Letter position

Lette

ride

ntifi

catio

n

LaurentNicolas7th Grade3rd Grade

EMPAN

Notion d'empan visuo-attentionnel(S. Valdois)

Détection de rimes (lettre écrite rime avec ‘b’)Catégorisation formes (lettres/non-lettres)

Zorzi et al.. Extra-large letterspacing improves reading indyslexia. Proc Natl Acad Sci U S A.2012 Jul 10;109(28):11455-9

Non significatifsi reading-level-matched

Motion-mediatedactivation : plusforte après untraitementphonologique *

Olulade, A. O., Napoliello, E. M. and Eden, G. F.,Abnormal visual motion processing is not a cause ofdyslexia, Neuron, 79, 180–190, © Elsevier (2013).

Ziegler, J. C. et al. Rapid processing of letters, digits andsymbols: what purely visual-attentional deficit in developmentaldyslexia? Dev. Sci. 13, F8–F14 (2010).

Pas d’effet pourtraitement desymboles nonalphabétiques—> l’effet s’expliquepar un codage lettre-son

1°) Si un défaut d’empan VA était la conséquence d’unelecture déficiente, alors tous les enfants dyslexiquesdevraient avoir un déficit VA ce qui n’est pas le cas

2°) les résultats d’une étude de cas récente apportent unepreuve supplémentaire en faveur de la causalité : danscette étude, un entraînement de l’empan VA a débouchénon seulement sur une amélioration de la lecture, maisaussi une réactivation des aires corticales associées àl’attention spatiale3°) un défaut de mapping visuo-phonologique aurait préditune faible performance à la tâche des points de couleur(recodage phonologique requis) ce qui n’a pas été le cas4°) could result from poor near-floor performance ofchildren both with and without dyslexia. Results that wereobtained using an easier categorization task stronglyindicate a similar deficit for unfamiliar, non-verbalcharacters in VA span-impaired children with dyslexia

« Unfortunately, all of the studies that were discussed usedletters to assess VA span; thus, the demonstrated deficit onlyaffects letters and is causally ambiguous »

DTI dans la dyscalculie : zones dedifférence entre dyscalculiques ettémoins : connexions temporo-pariétales droites

Traitement analogique (IPS) :- appréciation des magnitudes- comparaisons de quantités- soustraction

Compared to TD children, children with MDshowed hyper-connectivity of the IPS with abilateral fronto-parietal network. Importantly,aberrant IPS connectivity patterns accuratelydiscriminated children with MD and TDchildren, highlighting the possibility for usingIPS connectivity as a brain-based biomarker ofMD.

Autism : functional underconnectivitybetween frontal/posterior areas.Mason et al., 2008

AUTISM

White matter tracts of the socio-emotional processing system :A:limbic system; B:mirror neuronsystem; C: face processing system.Ameis & Catani, Cortex, 2015

14 H Asperger adultes,comparés à 19 témoinssoigneusement sélectionnés,deux mesures d’anisotropie(FA) concordent pour montrerune augmentation de FA dansplusieurs faisceaux,principalement fronto-occipital et longitudinalinférieur gauche

DTI : Regions of significant differences between adolescents with ADHD and controls

Psychiatry Res: Neuroimage.2012;202:150-154

Compared to typically developingcontrols, children with DCD and/orADHD exhibit FC alterations between M1and brain regions involved in motorfunctioning and sensorimotor processing.Our findings support the hypothesis thatcommon neurophysiological substratesunderlie motor and attention problems.

Evidence from neuroimaging research suggests that children with thesedisorders exhibit disruptions in motor circuitry, which could account forthe high rate of co-occurrence. The primary objective of this study wasto investigate the functional connections of the motor network inchildren with DCD and/or ADHD compared to typically developingcontrols, with the aim of identifying common neurophysiologicalsubstrates. Resting-state fMRI was performed on seven children withDCD, 21 with ADHD, 18 with DCD + ADHD and 23 controls.

14 dysgraphiques, 17 dyslexiques 9témoins. IRM de connectivité lors detâches orthographiques (écrire lalettre qui suit dans l’alphabet, écrire lalettre qui manque dans un mot…).

Anomalie de connectivitéentre l’aire de la formevisuelle des mots (VWFAgauche) et plusieursrégions du cervelet.

*

* *

FA significantly differed between childrenwith DCD and those with typical development inthe left retrolenticular limb of the internal capsule.The fibers within convey mainly visual informationand lie proximal to sensorimotor loops thatsubserve coordinated movement.

In addition to the group differences, our resultsindicate that DCD-related FA reductions in the leftretrolenticular limb of the internal capsule wereassociated with deficits in eye-hand coordination

Nodal efficiency at the cerebellar lobule VI andright parietal superior gyrus were found significantpredictors to discriminate between children withDCD and those with typical development.

(J Pediatr 2016;169:21-7).

Evolution des modèles de la dyslexie et leurpotentiel explicatif des comorbidités

ó Théorie phonologique (Ramus,Ziegler, Snowling…)

ó Théorie magno-cellulaire(Stein)

ó Théorie cérébelleuse (Nicolson& Fawcett)

ó Théorie du déficit detraitement temporel (Tallal)

ó Théories attentionnelles(Valdois, Facoetti, Hari)

ó Théorie du déficitd’intégration intermodal(Blomert)

Trouble de lecture

Trouble de l’écriture, TDC

Trouble de la cognitiontemporelle

Trouble du langage oral, dysphasie

Trouble de l’attention, TDAH

Trouble du calcul, Asperger,précocité….

En définitiveó Les différents syndromes "dys", malgré leur diversité,

pourraient bien correspondre à un mécanismeneurodéveloppemental similaire, réalisant une dysconnexionfonctionnelle entre deux ou plusieurs modules traitantl'information simultanément sous des modalités différentes,compromettant l’intégration multimodale nécessaire àcertains apprentissages

ó La manifestation de ce défaut d’intégration serait un troubled'apprentissage, qui se manifesterait de façon d'autant plusnette que trois éléments seraient présents:ó Le caractère multimodal de la connaissance à acquériró La simultanéité temporelle des divers événementsó La répétition un grand nombre de fois devant aboutir à une

automatisation de la procédure (cf synapse de Hebb)

DEFAUT D’INTEGRATION MULTIMODALEtrouble de synchronisation d’oscillations

(temporal sampling)

Auditivo-visuelle(conversion grapho-phonémique)

Auditivo-motrice(frontal, cervelet)Rythme, dyschronie, phonologie

Visuo-cérébelleuse,Dysgraphie, dyscalculie,dyslexie visuo-attentionnelle

Défaut de connectivité des circuitsfronto-limbiques

TDAH, autisme

DEFAUT DE MISE EN PLACE DESCONNEXIONS DE MOYENNE ET

LONGUE DISTANCE

pariéto-linguistiquedyscalculie, dyslexie visuo-attentionnelle

(A) Faisceau arqué d’un musicien instrumentiste de 65ans

(B) Faisceau arqué d’un sujet non musicien de 63 ans,apparié par ailleurs sur la latéralité manuelle, le sexe etle QI global

Changements dans le faisceau arquéaprès apprentissage d’un instrument

Enfant de 8 ans sans aucune expéreince musicale scannéà deux reprises (A et B) à 2 ans d’intervalle

Enfant de 8 ans avant (C) et après (D) deux ansd’apprentissage d’un instrument à cordes

22musiciens

11 non-musiciens

Âge moyen 27.55m/6f11

chanteursÂge moy :

25.33m/8f

11instrumentistesÂge moy : 27.7

5m/6f

Détermination faisceauarqué ROI

NON-MUSICIENS

CHANTEURS

TOUS MUSICIENSZone de différenced’anisotropie

Volume

anisotropie

Différencesprédominant dansle faisceau arquégauche, partiedorsale

Réduction du faisceau arqué droit dansl’amusie congénitale

Une double finalitéó Elaborer un outil de rééducation en complément de la

rééducation classiqueó Vise principalement la dyslexie, mais peut aussi être efficace sur les

autres troubles (calcul, attention, mémoire…)ó De conception similaire aux matériels utilisés en rééducation

orthophonique (mais avec des matériels musicaux)

ó Développer une pédagogie spécifique pour enfantsdyslexiquesó A partir de l'observation de difficultés particulières rencontrées par les

dyslexiques dans l'apprentissage de la musique et/ou d'un instrumentó Construction d'outils pédagogiques spécialement conçus pour compenser

le troubleó Objectif apprentissage d'un instrument (au delà d'écouter, chanter et lire la

musique)

Etude préliminaire d’un entraînementmusical intensif

ó 12 enfants dyslexie sévère (multi-dys)

ó 3 jours, 6 heures/jour 3 ateliers tournants (de 4)ó Pédagogique : initiation au pianoó Orthophonique : exercices auditifs (hauteur, durée, timbres,

rythme)ó Psychomoteur : percussions (rythme, tempo, motricité); danse

folklorique de groupe

ó Evaluation avant / après sur 3 tâches de perception dessons du langage : perception catégorielle, perception desdurées, et perception de contours mélodiques altérés

Résultats préliminaires : effet sur uneépreuve de perception catégorielle ba/pa

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B90

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Identification %Banormaux lecteursPull dys

B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 B90

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Identif ication %Ba normaux lec -teursPré test % identif ication BaPost test % identif ication BA

Comparaison avant/après atelier rééducatif :- amélioration perception intra-catégorielle (moins de perception

allophonique)- amélioration perception inter-catégorielle (restitution de la pente de la

frontière inter-catégorielle)

ANOVA à mesures répétéesF (1,21)=2,8; p=0.0051

Perception catégorielle :discrimination

1 2 3 4 5 6 7 80

10

20

30

40

50

60

70

80

Discrimination de perception catégorielle

Discrimination école Normaux lec-

teurs

Grp Dys

Discrimination atelier post test

Postition de la paire

%de

disc

rimin

atio

n

Etude n°2 : dyslexiques en CLISó 12 enfants âgés de 7 à 12 ans, tous atteints d’un

trouble spécifique du langage et/ou de la parole

ó 4 filles 8 garçons

ó Sur 6 semaines : deux séances d’’orthophonie ouremédiation cognitivo-musicale d’une heure chacuneen classe entière (12 enfants) puis deux ateliersmusicaux d’une demi-heure : piano et percussion pargroupe de quatre enfants.

ó 4 mesures T1, T2, T3, T4 : entraînement entre T2 et T3+ deux périodes contrôles

-2.50

-2.00

-1.50

-1.00

-0.50

0.00

0.50

T1 T2 T3 T4

LECTUREC. PHONEM

ATT AUD

Etude n°3 : précurseurs de lalecture en maternelle

ó 14 garçons et 10 filles, âgés de 4 ans 10 mois à 5 ans9 mois.

Dates Durée

Bilan pré-entraînement B1 23/09/13 au 4/10/13 2 semaines

Entraînement Musical / Arts

Plastiques

18/10/13 au 31/01/14 12 semaines

Bilan 2 B2 03/02/14 au 14/02/14 2 semaines

Aucune intervention

musicale

01/02/14 au 01/04/14 8 semaines

Bilan 3 B3 01/04/14 au 11/04/14 2 semaines

Effet cognitif d’un entraînement musical multimodalchez des enfants prélecteurs socio-économiquement à risque.

Mélanie Millet* , Séverine Barthe* , Céline Commeiras* , Mireille Besson† , & Michel Habib*†* Résodys, Marseille† Laboratoire de Neurosciences Cognitives, UMR 7291 CNRS, Marseille

18 enfants âgés de 4 ans 10 mois à 5 ans 9 mois7 filles, 11 garçons, scolarisés en GSM en secteursocio-économiquement défavorisé.20 séances de 30 à 35 mn à raison de 2 /sem.2 groupes :

1- entraînement musical2- entraînement équivalent en art plastique

Conscience phonologique mémoire de travail

Conclusions :Les enfants de GSM demilieux défavorisésbénéficientsignificativement d’uneactivité artistiqueL’amélioration de leurperformance est plusnette pour l’entraînementmusical

Université La Garde, 2 mars 2016

En résuméó Un entraînement intensif de 18 heures, qu’il soit groupé sur

3 jours ou étalé sur 5-6 semaines, améliore de façonsignificative des variables linguistiques non entraînées

ó Par comparaison à une période sans entraînement, un effetsignificatif de l’entraînement est retrouvé sur diversesmesures directement impliquées dans les apprentissagesscolaires (phonologie, lecture, attention auditive, mémoirede travail)

ó Comme pour des enfants dyslexiques de primaire, desenfants de maternelle, sans pathologie avérée, maisprovenant d’un milieu socialement fragile, améliorentégalement leurs performances en phonologie et en mémoirede travail.