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Dr. Michael Reber : « Un simple défaut de perception visuelle peut avoir des conséquences aussi importantes que les défauts attentionnels »

Après avoir étudié les mécanismes responsables de la formation des connexions dans le cerveau, en particulier dans les aires visuelles, le Docteur Michael Reber s’intéresse désormais à la formation des cartes visuelles dans le cerveau. Il nous explique ses travaux, effectués entre la France, les Etats-Unis et l’Angleterre dans le cadre d’une collaboration Inserm/CNRS – Salk Institute – King’s College.

Portrait du docteur Michael Reber

Dr. Michael Reber

– Vous travaillez sur la formation des cartes visuelles dans le cerveau. De quoi s’agit-il ?

Dr. Michael Reder : Quand vous regardez une scène, vous savez déterminer ce qui, dans votre champ visuel, est situé en haut, en bas, à droite ou à gauche. C’est grâce aux « cartes visuelles » dans votre cerveau. Nous travaillons sur des modèles animaux et identifions les mécanismes permettant de comprendre comment cette géométrie est conservée lors du transfert des informations visuelles de la rétine vers le cerveau.

– Comment êtes-vous passé de cette recherche à l’explication des troubles de l’attention ?

Dr. M.R. : Nous sommes arrivés au TDAH (Trouble du Déficit de l’Attention / Hyperactivité) par hasard. Ce trouble est caractérisé par divers symptômes comme la distractibilité, la difficulté à focaliser son attention, à canaliser ses émotions, l’impulsivité…

Nous travaillons depuis une quinzaine d’années sur un modèle murin de laboratoire qui nous a permis de caractériser les mécanismes de base régissant la formation des cartes visuelles[1][2].  Ce modèle présente des défauts des connexions directes de la rétine vers une structure du cerveau nommée le colliculus supérieur (ou tubercule quadrijumeaux), impliqué dans la détection et la localisation des stimuli visuels. Ces défauts ne se situent pas au niveau de la rétine, mais de la « carte visuelle » dans le colliculus : elle est « dupliquée », provoquant une forme « d’hyper-sensibilité visuelle ». C’est un peu comme si l’environnement visuel était représenté deux fois.

Coupe sagittale colliculus supérieur

Les projections de la rétine (en rouge) et du cortex visuel V1 (en vert) convergent vers le colliculus supérieur (ici en coupe sagittale) et s’alignent. ©Michael Reber.

Nous nous sommes demandé comment les souris de l’étude voyaient puisque leur carte visuelle présentait des anomalies. Est-ce qu’elles voyaient en double, est-ce qu’elles percevaient des aberrations visuelles ? Des tests comportementaux ont révélé curieusement que pour tout ce qui était purement « visuel », nos souris réagissaient comme des souris normales. En revanche, les tests attentionnels, liés à la vision, se sont révélés très différents entre nos souris et les souris témoins. Nous avons approfondi cet aspect et avons démontré que le trouble provenait d’un défaut d’inhibition de réponse, autrement dit, l’impulsivité. Nos souris avaient également tendance à être plus distraites : si on amenait un élément perturbateur alors qu’elles réalisaient une tâche, elles passaient plus de temps à observer cet élément que les souris témoins [3]. L’ensemble de ces caractéristiques comportementales sont similaires aux symptômes majeurs définissant le TDAH chez l’homme.

– Peut-on espérer que vos recherches permettront d’identifier de nouvelles prises en charge des déficits attentionnels ?

Dr. M.R. : Nous avons analysé les différentes molécules présentes dans le cerveau, les quantités de neuromédiateurs monoamines (sérotonine, dopamine, noradrénaline…), de leurs métabolites, de leurs récepteurs et de leurs transporteurs dans notre modèle animal. Nous avons démontré la présence d’anomalies uniquement dans le colliculus supérieur. La noradrénaline y était fortement augmentée en accord avec certaines hypothèses médicales sur le TDAH.[3]

« Notre hypothèse : si l’information sensorielle, en particulier visuelle, est altérée dès son arrivée dans le colliculus, cette altération sera forcément transmise vers le cortex et les zones cognitives. Il faudrait donc la corriger avant qu’elle atteigne le cortex. »

Les traitements actuellement utilisés pour ce trouble sont d’ailleurs basés sur des dérivés des amphétamines. Ils agissent sur les quantités de dopamine et de noradrénaline dans le système nerveux central. Les travaux chez l’homme ont montré des défauts des zones corticales et notamment du cortex préfrontal chez les personnes atteintes par un TDAH, mais rien pour l’instant concernant le colliculus supérieur. Notre hypothèse : si l’information sensorielle, en particulier visuelle, est altérée dès son arrivée dans le colliculus, cette altération sera forcément transmise vers le cortex et les zones cognitives. Il faudrait donc la corriger avant qu’elle atteigne le cortex.

– Vous avez récemment publié un article sur une découverte dans le fonctionnement de ces cartes visuelles [4]. De quoi s’agit-il ?

Dr. M.R. : Quand vous entendez un avion passer dans le ciel, une première phase réflexe permet de diriger le regard vers l’endroit où se situe l’avion, grâce à la perception visuelle et auditive. Cette phase d’orientation du regard vers la source de bruit est également gérée par le colliculus. Autre exemple encore plus parlant : la nuit lorsqu’un moustique vient perturber notre sommeil, il fait noir, on ne voit rien, mais on sait à peu près localiser l’insecte et quand on allume la lumière on regarde dans la bonne direction. Le colliculus traite donc une double information auditive et visuelle relative à la localisation spatiale.

Quand tout se passe bien, quand les deux espaces sensoriels visuels et auditifs sont bien alignés, leur concordance rend beaucoup plus rapide et beaucoup plus efficace la détection. Si en revanche ces deux espaces ne sont pas alignés les informations seront divergentes et on va chercher longuement du regard avant de détecter le moustique ou l’avion. La vision est gouvernée par plusieurs aires. En plus de la projection visuelle de la rétine vers le colliculus, il existe une « projection en retour » de l’aire visuelle V1, située à l’arrière du crâne, vers le colliculus. C’est une sorte de projection contrôle pour vérifier qu’un événement est bien détecté au bon endroit. La congruence de toutes ces informations rend la détection spatiale encore plus efficace. Nous nous sommes intéressés à la manière dont ces deux cartes visuelles s’alignent dans le colliculus.

« Le colliculus traite donc une double information auditive et visuelle relative à la localisation spatiale. »

– En pratique qu’avez-vous découvert ?

Dr. M.R. : Nous savions déjà que d’un point de vue du développement du cerveau, la première carte qui se forme est celle qui va depuis la rétine vers le colliculus supérieur. Dans un second temps, quand ce premier type de connexion s’achève, les connexions de l’aire V1 viennent s’aligner sur les projections de la rétine dans le colliculus. Ce qui nous a surpris, c’est le mécanisme en jeu : les projections qui viennent de la rétine transportent avec elles des marqueurs moléculaires et les amènent dans le colliculus. Ce sont ces marqueurs qui vont dire aux projections des neurones de V1 de venir s’aligner sur la carte de la rétine. Ce système permet d’avoir la meilleure détection visuelle possible : il faut que cette projection contrôle soit bien conforme, parfaitement alignée avec la première.

Ces travaux nous ont donc permis de comprendre comment tout ce système se met en place mais aussi comment il fonctionne. On pense qu’il s’agit là d’un mécanisme assez général d’alignement des cartes sensorielles dans le cerveau (cartes somatosensorielles, visuelles, auditives…). Il s’avère que chez la souris TDAH, la projection en retour de V1 est, elle aussi, anormale. Cela pourrait expliquer pourquoi un simple défaut de perception visuelle peut avoir des conséquences aussi importantes que les défauts attentionnels…

Maintenant que nous avons montré chez nos souris que cette anomalie provoquait une hypersensibilité du colliculus et une hypersensibilité aux stimuli visuels, nous souhaitons établir une collaboration avec les services de psychiatrie (enfants et adultes) de Strasbourg pour valider, grâce à l’imagerie, notre hypothèse chez des patients TDAH. Nous voudrions regarder comment leur colliculus réagit aux stimuli visuels et s’il est hypersensible. Intuitivement, nous avons le sentiment que ces recherches vont confirmer nos hypothèses car c’est exactement ce que décrivent les parents : ils nous disent que lorsque beaucoup de choses se passent autour de leur enfant, c’est la catastrophe, il est surexcité. C’est aussi vrai pour les adultes TDAH : le patient n’est plus capable de filtrer les informations sensorielles, notamment visuelles, et de déterminer lesquelles sont pertinentes et lesquelles ne sont que des distracteurs.

 

[1] Reber M, Burrola P and Lemke G. “A relative signaling model for the formation of a topographic map”. Nature (2004) 431, 847-853.
[2] Bevins N, Lemke G and Reber M. “Genetic dissection of ratiometricEphA receptor signaling in the formation of topographic neural maps”. Journal of Neuroscience (2011) 31, 10302-10310. Cliquez sur ce lien pour accéder à l’étude (en anglais)
[3] Mathis C, Savier E, Bott JB, Clesse D, Bevins N, Sage-Ciocca D, Geiger K, Gilet A, Laux-Biehlman A, Goumon Y, Lacaud A, Lelievre V, Kelche C, Cassel JC, Pfrieger FW and Reber M. “Defective response inhibition and collicular noradrenaline enrichment in mice with duplicated retinotopic map in the superior colliculus”. Brain Structure and Function. (2015) 220:1573-84. Cliquez sur ce lien pour accéder à l’abstract de l’étude (en anglais)
[4] Savier E, Eglen S, Perraut M, Barthelemy A, Pfrieger FW, Lemke G and Reber M. “A Molecular Mechanism for the Topographic Alignment of Convergent Neural Maps”. eLife (2017)6:e20470. Cliquez sur ce lien pour accéder à l’étude (en anglais)

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