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113 | 2014
Annuaire du Collège de France 2012-2013
Résumé des cours et travaux 113e année
Professeurs honoraires

Physiologie de la perception et de l’action, 1993-2010

Alain Berthoz
p. 831-836

Texte intégral

   

Travaux de recherche dans le cadre de l’UMR 7152.

1. Bases neurales des mouvements oculaires

En coopération avec P. Kahane, Hôpital Nord et J. Bastin, Institut des neurosciences Grenoble, J.-P. Lachaux et K. Jerbi, INSERM U280, Lyon ; P. Lebranchu, Hôpital de Nantes, G. Orban, Leuven

1Nous avons accès à des patients épileptiques porteurs d’électrodes implantées dans le cadre de l’exploration fonctionnelle de leurs crises d’épilepsie avant chirurgie. Un projet de recherche à concerné l’étude des bases neurales de la poursuite oculaire chez l’homme par enregistrement intracérébral chez des patients épileptiques. Lorsque le mouvement d’une cible se répète de manière régulière, l’œil est capable de réaliser un déplacement prédictif. Ce mouvement prédictif est particulièrement apparent lorsque la cible, après plusieurs cycles réguliers, manque à apparaître ou disparaît transitoirement. Le déplacement de l’œil est réalisé avec un feed-back rétinien nul, sur la base d’informations « extra-rétiniennes ». Nous avons identifié les sites cérébraux impliqués dans le signal extra-rétinien et démontré que le site d’action est beaucoup plus précoce dans les voies visuelles que l’on pensait précédemment. Le travail à été publié dans un article et la thèse de P. Lebranchu a été soutenue le 12 septembre 2013.

2. Bases neurales de la génération de trajectoires locomotrices

D. Bernardin, H. Kadone, C. Authie, P. Hilt, N. Briand (LPPA), en collaboration avec D. Bennequin (Université Paris VI)

2Récemment, nous avons publié dans PLOS Computational Biology (2009) une théorie mathématique et une démonstration selon laquelle nous pourrions utiliser plusieurs géométries différentes (par exemple la géométrie euclidienne – habituelle –, mais aussi les géométries équi-affine et affine) quand nous planifions et exécutons un mouvement aussi bien de la main qu’une trajectoire locomotrice. Nous avons aussi observé la formation de trajectoires locomotrices dans plusieurs conditions expérimentales (avec/sans vision de la cible, en marche avant/arrière) afin d’étudier l’influence des modalités sensorielles et motrices sur celle-ci.

3Notre projet vise à examiner la stratégie anticipatrice d’orientation du regard et des segments corporels pour le guidage de la marche. Nous avons montré, sur le plateau Marey, que l’anticipation de la trajectoire par le regard est maintenue dans le noir (mastère de sciences cognitives P. Hilt). Cette observation donne lieu à des modélisations mathématiques des bases neurales de l’anticipation. Deux projets avaient aussi pour objet d’appliquer nos théories biologiques sur le contrôle et le guidage de la marche à partir du regard et de la tête à des robots Humanoïdes:

4a) Le projet européen ROBOSOM (avec des laboratoires de robotique en Italie et au Japon). La relation entre le mouvement des yeux anticipatoire, la tête et les différents segments du corps est examinée dans un environnement visuel contraint impliquant différentes tâches telles que contourner ou éviter des obstacles, et monter sur une marche. Les principes découverts chez l’homme ont été implémentés sur un robot humanoïde à Pise. 3 thèses sont été soutenues : D. Zambrano, L. Marazzato, E. Falotico.

5b) Le projet ROMEO mené par ALDEBARAN, société française, qui à pour but la réalisation d’un robot humanoïde très performant.

6Nos travaux sur la marche intéressent aussi trois centres cliniques :

– L’ICM (Institut du cerveau et de la moelle à l’hôpital de la Salpêtrière) où nous contribuons à l’installation d’un plateau d’étude fonctionnelle de la marche chez les patients parkinsoniens (Pr M.L. Welter).

– L’Institut de la vision (Pr J. Sahel) où nous engageons une coopération sur le regard pendant la marche chez des patients atteints de dégénérescence maculaire et de rétinopathie pigmentaire.

– L’hôpital pour enfant Stella Marris de Pise où nous avons installé des expériences financées par la « Fondation motrice » sur les déficits de la marche chez des enfants infirmes moteurs cérébraux (Pr G. Cioni). Une thèse à été soutenue (V. Belmonti) sur ce sujet en juin 2013.

3. Modélisation du fonctionnement des capteurs vestibulaires et conséquences sur leur pathologie

En coopération avec J. Droulez, LPPA ; D. Bennequin, Univ. Paris 7 ; B. Girard, ISIR Paris ; S. Mircera, Pise ; R. David, R. Allain et l’équipe du Pr P. Janvier au Muséum d’histoire naturelle, Paris

73.1 Modélisation de canaux semi-circulaires et des otolithes. Avec D. Bennequin, nous avons formulé une théorie complètement nouvelle sur le fonctionnement des otolithes. Ce projet à été inscrit dans un projet européen CLONS piloté par S. Mircea de Pise qui à permis de réaliser un implant vestibulaire destiné aux patients ayant des déficits du système vestibulaire. Nous avons réalisé des simulations mathématiques de notre nouvelle théorie et une implémentations concrètes d’un prototype de capteurs (Publié en 2013, Computational neuroscience).

83.2 Le projet ci-dessus est articulé avec un autre projet fait avec le Muséum d’histoire naturelle à Paris. Il est bien connu que les oiseaux sont issus, au cours de l’évolution, de certaines branches de Dinosaures. On pense souvent que ce qui a permis cette évolution est l’apparition des plumes et des ailes. Nous avons formulé l’hypothèse que, pour voler, il fallait que ces animaux disposent de capteurs vestibulaires leur permettant de résoudre des problèmes très complexes de mesure de mouvements en 3D. Pour la démontrer, les capteurs vestibulaires fossiles de Dinosaures ont été scannés au synchrotron et modélisés avec des techniques sophistiquées d’imagerie. Ce travail est réalisé en relation avec la modélisation mathématique et les simulations des capteurs effectuées dans le cadre du projet CLONS mentionné ci-dessus. Une thèse (R. David ) a été soutenue sur ce projet fin 2012.

4. Stratégies cognitives de navigation et de la mémoire spatiale

4.1 Changement de point de vue sur des repères fixés et stables de l’environnement versus sur des repères mobiles : données comportementales et de neuro-imagerie en coopération avec V. Sulpizio, G. Committeri, Université de Chieti ; G. Galati, Univ. de Rome ; S. Lambrey)

9Nous avons engagé depuis plusieurs années des travaux d’imagerie cérébrale sur les stratégies cognitives de mémoire spatiale et de navigation. Ce projet avait pour objectif d’étudier les bases neurales du changement de point de vue en étudiant l’influence de deux facteurs potentiellement critiques : 1) la stabilité ou non-stabilité des repères disponibles pour imaginer le point de vue de l’autre observateur ; 2) la perspective d’un autre observateur pour pouvoir effectuer efficacement de son point de vue un jugement spatial concernant un élément de l’environnement. Des expériences en IRM fonctionnelle ont été menées par une coopération entre notre laboratoire et le laboratoire de Chieti en Italie (Pr G. Commiteri) et S. Lambrey, psychiatre à la Salpêtrière. Une thèse à été soutenue (V. Sulpicio) en 2013 et un article publié.

4.2 Navigation dans des espaces complexes à plusieurs niveaux : A. Pasqualotto, M. Vidal, L. Dolle, J. Droulez et A. Berthoz (LPPA), en coopération avec G. Thibault (EDF)

10Les recherches dans le domaine de la navigation concernent principalement les déplacements sur des surfaces simples 2D au cours desquels seule la rotation en lacet doit être intégrée. Dans cet axe de recherche, nous avons abordé l’étude des fonctions cognitives et sensorielles humaines face à des situations plus complexes, notamment lors de la navigation dans des structures 3D de type bâtiment à plusieurs étages. Nous avons étudié avec la réalité virtuelle les stratégies cognitives de navigation dans des espaces complexes verticaux et horizontaux. Nous avons utilisé des apprentissages selon des trajets multi-niveaux en coopération avec EDF. Un article à été publié en 2012 et un autre est en préparation.

4.3 Influence de l’action motrice sur une tâche de mémoire épisodique en réalité virtuelle : N. Jebara, M. Zaoui (LPPA), en coopération avec P. Piolino avec J. Barra, E. Orriols, (LPNCog) Paris V ; ARCHIVIDEO et DASSAULT SYSTEMES (Projet SCORE Pôle de compétitivité et ANR)

11Ce projet concerne les bases neurales des stratégies cognitives de la mémoire spatiale. Il est destiné aussi à établir des méthodes de diagnostic et de remédiation des pathologies de la mémoire spatiale en psychiatrie par des méthodes de réalité virtuelle. La mémoire épisodique est la mémoire des événements personnellement vécus dans un contexte spatio-temporel donné. Elle peut être évaluée dans des conditions proches de la vie réelle grâce à la technique de la réalité virtuelle. L’étude avait pour objectif d’évaluer chez des sujets sains l’influence des performances aux différentes composantes de la mémoire épisodique (le « factuel », les « détails », le « spatial », le « temporel », le «lien entre éléments de l’environnement»). Nous avons mis au point un paradigme en réalité virtuelle qui pourra être utilisé chez des patients ayant des déficits de la mémoire épisodique. Les résultats sont consignés dans deux articles en préparation.

5. Contribution des manipulations de point de vue aux bases neurales de l’empathie et de sympathie

B. Thirioux (LPPA) en coopération avec le département de psychiatrie de l’hôpital de Poitiers, Pr Jaafari et L. Tandonnet

12Nous avons publié précédemment deux articles qui proposent une théorie spatiale de la différence entre sympathie et empathie. Récemment, nous avons étudié le décours temporel de l’activité cérébrale par EEG pour déterminer les aires responsables des deux comportements. Ces deux modes d’échange d’émotion avec autrui impliqueraient des manipulations mentales de référentiels spatiaux différents. Notre paradigme à été mis en place à Poitiers pour une étude sur des patients schizophrènes. Dans une première étude comportementale, nous avons appliqué notre modèle d’empathie (symétrie par rotation et translocation du point de vue égocentré) et sympathie (symétrie par réflexion et conservation du point de vue égocentré) à une population de patients schizophrènes. Un article est en préparation.

13Ce projet se prolonge par une étude du développement de l’empathie chez l’enfant et l’adolescent : A. Berthoz, M. Zaoui en coopération avec Pr O. Houdé, G. Borst, N. Poirel, université Paris V . Nous avons fait l’hypothèse que la capacité de changer de point de vue dans une interaction avec autrui apparaît vers 7 à 10 ans. Nous avons mis au point un paradigme avec un enfant virtuel dansant sur un fil.

Publications dans des revues à comité de lecture

14Olivier A.H., Marin A., Crétual A., Berthoz A., Pettré J., Collision avoidance between two walkers: Role-dependent strategies. J. Gait Posture. 2013 May 9. doi:10.1016/j.gaitpost.2013.03.017.

Dimiccoli M., Girard B., Berthoz A., Bennequin D., Striola magica. A functional explanation of otolith geometry. Comput Neurosci. 2013 Oct, 35 (2):125-54.

Belmonti V., Cioni G., Berthoz A., Development of anticipatory orienting strategies and trajectory formation in goal-oriented locomotion. Exp Brain Res. 2013 May, 227(1):131-47.

De Saedeleer C., Vidal M., Lipshits M., Bengoetxea A., Cebolla A.M., Berthoz A., Cheron G., McIntyre J., Weightlessness alters up/down asymmetries in the perception of self-motion. Exp Brain Res. 2013 Apr, 226(1):95-106.

Sulpizio V., Committeri G., Lambrey S., Berthoz A., Galati G., Selective role of lingual/parahippocampal gyrus and retrosplenial complex in spatial memory across viewpoint changes. Behav Brain Res. 2013 Apr 1, 242:62-75.

Barliya A., Omlor L., Giese M.A., Berthoz A., Flash T., Expression of emotion in the kinematics of locomotion. Exp Brain Res. 2013 Mar, 225(2):159-76.

Thibault G., Pasqualotto A., Vidal M., Droulez J., Berthoz A., How does horizontal and vertical navigation influence spatial memory of multifloored environments? Atten. Percept. Psychophys. 2013 Jan, 75(1):10-5.

Demichelis A., Olivier G., Berthoz A., Motor transfer from map ocular exploration to locomotion during spatial navigation from memory. Exp Brain Res. 2013 Feb, 224(4):605-11.

Barra J., Laou L., Poline J.B., Lebihan D., Berthoz A., Does an oblique/slanted perspective during virtual navigation engage both egocentric and allocentric brain strategies? PLoS One. 2012, 7(11):e49537.

Bernardin D., Kadone H., Bennequin D., Sugar T., Zaoui M., Berthoz A., Gaze anticipation during human locomotion. Exp Brain Res. 2012 Nov, 223(1):65-78.

Bastin J., Lebranchu P., Jerbi K., Kahane P., Orban G., Lachaux J.P., Berthoz A., Direct recordings in human cortex reveal the dynamics of gamma-band [50-150 Hz] activity during pursuit eye movement control. A. Neuroimage. 2012 Oct 15, 63(1):339-47.

Olivé I., Berthoz A., Combined Induction of Rubber-Hand Illusion and Out-of-Body Experiences. Front Psychol. 2012, 3:128.

Cléret de Langavant L., Trinkler I., Remy P., Thirioux B., McIntyre J., Berthoz A., Dupoux E., Bachoud-Lévi A.C., Viewing another person’s body as a target object: a behavioural and PET study of pointing. Neuropsychologia. 2012 Jul, 50(8):1801-13.

Vidal J.R., Freyermuth S., Jerbi K., Hamamé C.M., Ossandon T., Bertrand O., Minotti L., Kahane P., Berthoz A., Lachaux J.P., Long-distance amplitude correlations in the high γ band reveal segregation and integration within the reading network. J Neurosci. 2012 May 9, 32(19):6421-34.

Senot P., Zago M., Le Séac’h A., Zaoui M., Berthoz A., Lacquaniti F., McIntyre J.J., When up is down in 0g: how gravity sensing affects the timing of interceptive actions. Neurosci. 2012 Feb 8, (6):1969-73.

Bastin J., Committeri G., Kahane P., Galati G., Minotti L., Lachaux J.P, Berthoz A., Timing of posterior parahippocampal gyrus activity reveals multiple scene processing stages. Hum Brain Mapp. 2013 Jun, 34(6):1357-70.

Menzocchi M., Santarcangelo E.L., Carli G., Berthoz A., Hypnotizability-dependent accuracy in the reproduction of haptically explored paths. Exp Brain Res. 2012 Jan; 216(2), 217-23.

Lambrey S., Doeller C., Berthoz A., Burgess N., Imagining being somewhere else: neural basis of changing perspective in space. Cereb Cortex. 2012 Jan, 22(1):166-74.

Conférences sur invitation (juin 2012-juin 2013)

15« La Biennale internationale de l’éducation de la formation et des pratiques professionnelles », 3 au 6 juillet 2012, conférence plénière, 3 juillet 2012, CNAM, Paris.

Journée d’échanges pluridisciplinaires, Journée d’étude scientifique sur le thème « La psychanalyse et les sciences et inversement… », Paris.

Journées d’études : « De la complexité à la simplexité et en psychopathologie ? », 4 juillet 2012, Maison des sciences humaines, Université d’Angers

Les 4e rencontres de Suze-la-Rousse « Science et psychiatrie » par l’Association de psychiatrie. « Bases neurales de l’empathie » 6-7 juillet 2012, à Grignan.

Colloque « Le génie de la marche », « Bases neurales de la marche » 31 mai au 7 juin 2012, Cerisy-la-Salle.

Colloque de clôture Pr. J.-P. Laumond « Robotique : science et technologie » : chaire annuelle Innovation technologique -Liliane Bettencourt, 12-13 juin 2012, « La simplexité », 12 juin 2012, Collège de France, Paris

Congrès Lambda-Mu 18 « Maîtrise des risques des systèmes complexes »,16-18 octobre 2012, Palais des Congrès Vinci, à Tours. Conférence plénière : « Cerveau et décision », 17 octobre 2012.

Journée : « Des espaces : un dialogue ouvert entre géographie et neurosciences cognitives », « Simplifying principles and rules for perception », LPPA, Collège de France, 23 octobre 2012.

Journées d’études, sur la didactique et la pédagogie. Conférence plénière, « La simplexité », 8 novembre 2012, Université de Salerne, Italie.

Conférence internationale « Henri Poincaré : du mathématicien au philosophe », 19-23 novembre 2012, conférence plénière « Les géométries du cerveau », 20 novembre 2012, à l’Institut Poincaré, Paris.

Colloque IED Europe 2012, 26-27 novembre 2012, « The concept of immersion in the relation between brain, body of self and others, real and virtual spaces », 26 novembre 2012, ENS-Arts décoratifs, Paris.

Congrès mondial sur la posture, Akita, Japon, juin 2013, conférence plénière d’ouverture, « Recent advances on brain mechanisms of locomotion and spatial orientation ».

Colloque « Santé mentale, société, cognition. Le handicap psychique, de nouveaux droits ? », « Le changement de point de vue, un élément fondamental de la relation avec autrui et l’empathie », 10 janvier 2013, ENS, Paris, France.

Congrès de l’API « xxe journées de posturologie clinique, innovations scientifiques et cliniques» ?, 26-27 janvier 2013, Conf. plénière, « Innovation scientifiques et cliniques », Faculté des Saints-Pères, Paris.

Congrès « 8e rencontres de neurologie comportementale », « L’enfant est-il “naturellement” empathique ? », 7 février 2013, Institut Pasteur, Paris, France.

Colloque sur les apprentissages, sur l’analyse du mouvement et de la transformation technique, conférence introductive, « Comment prendre en compte les processus humains sensoriels, perceptio-moteurs et cérébraux pour concevoir les apprentissages », 12 février 2013, Fédération de natation, Paris, France.

Colloque « Sympathie et empathie », 8 mars 2013, au service pédopsychiatre de l’hôpital des enfants, Bruxelles, Belgique.

Annual conference « BAAP Conference 2013 », « The role of the cerebral cortex in balance function and dysfunction », 14 mars 2013, Birmingham GB.

IHEST/IHEDN, cycle national de formation 2012-2013, « Sciences et progrès : réalités, paradoxes et utopies », 20-21 mars 2013, conférence invitée « La simplexité : des principes communs au cerveau et au robot », 21 mars 2013, École militaire, Paris.

« Bases neurales de la décision », conférence plénière, 9 avril 2013, Cadarache- ICPCM.

International Congress of Person-Centered Medicine, Genève, « Empathy », « Conceptual bridging and knowledge transfer », 29 avril 2013, University Hospital and World Health Organization, Genève, Suisse.

Colloque international « Usages et fonctions de la rhétorique. Regards interdisciplinaires sur la raison pratique », 16-18 mai 2013, « L’empathie n’est pas la sympathie », 17 mai 2013. Académie royale de Belgique, Bruxelles

Congrès annuel de l’association UPLEGESS, conférence plénière « Stratégies cognitives de la relation avec autrui », 23 mai 2013, IESEG, Lille.

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Pour citer cet article

Référence papier

Cours et travaux du Collège de France. Annuaire 113e année, Collège de France, Paris, avril 2014, p. 831-836. ISBN 978-2-7226-0329-5

Référence électronique

Alain Berthoz, « Physiologie de la perception et de l’action, 1993-2010 », L’annuaire du Collège de France [En ligne], 113 | 2014, mis en ligne le 15 août 2014, consulté le 27 mai 2018. URL : http://journals.openedition.org/annuaire-cdf/2666

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Auteur

Alain Berthoz

Membre de l’Institut (Académie des sciences)

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Droits d’auteur

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