Hypothèse d'un référentiel spatial commun au droit-devant soi et à la verticale gravitaire : approches observationnelle et expérimentale

Hypothesis of a spatial reference frame common to the straight-ahead and the gravitational vertical : observational and experimental approaches

• Auteur / Autrice : Rémi Lafitte
• Direction : Dominic Pérennou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences cognitives, psychologie et neurocognition
• Date : Soutenance le 01/06/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale ingénierie pour la santé, la cognition, l'environnement (Grenoble ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de psychologie et neurocognition (Grenoble ; Chambery ; 1996?-....)
• Jury : Président / Présidente : Michel Guerraz
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Azouvi, Christian Graff
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carine Colent Michel, Étienne Allart

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gravité

Oreille interne

Lésions et blessures

Hémisphère cérébral

Négligence spatiale unilatérale

Perception spatiale

Mots clés libres

Représentation spatiale

Référentiel égocentré

Référentiel gravitocentré

Négligence spatiale

Lésion hémisphérique droite

Intégration multisensorielle

Spatial representation

Egocentric reference

Gravity reference

Spatial neglect

Right hemispheric stroke

Multisensory integration

Résumé

Divers systèmes de coordonnées sont élaborés par le cerveau pour apprécier la position et l’orientation des objets par rapport à soi-même et à l'environnement. Le droit-devant soi et la verticale gravitaire constituent à ce titre des référentiels spatiaux très importants. Il est aujourd’hui admis que le cerveau code la direction de ces référentiels via des mécanismes d’intégration sensorielle impliquant la vision, la somesthésie et le système vestibulaire. La perturbation de ces mécanismes après lésion hémisphérique droite induit des déficits perceptifs et représentationnels en plusieurs dimensions : d’une part un biais du droit-devant subjectif vers la droite, fortement associé à la négligence spatiale, et d’autre part un biais de la verticale subjective vers la gauche (dans le sens anti-horaire), fortement associé à des troubles d’orientation posturale (latéropulsion). De récentes données cliniques ont montré une association très forte chez ces mêmes patients entre négligence spatiale, biais de verticale subjective et latéropulsion. Ces évidences cliniques suggèrent l’hypothèse d’un référentiel spatial commun à la perception du droit-devant soi et de la verticale gravitaire. Ces associations cliniques doivent toutefois être étayées sur le plan expérimental. L'objectif général de cette thèse était donc de mettre à l’épreuve cette hypothèse de « référentiel commun ». Dans une première série d’études cliniques, nous avons approfondi l’investigation du lien entre négligence spatiale et biais de verticale subjective, en utilisant des mesures cliniques directes (Etude 1 : tests de négligence, tests de verticale perçue) et indirectes (Etude 2 : tests d’écriture et de dessin) de ces déficits chez l’individu avec lésion hémisphérique droite. Nous avons observé que les patients avec des biais transmodaux de verticale (visuel et postural) présentaient systématiquement des signes de négligence spatiale, et que les patients avec des inclinaisons anormales de l’écriture et du dessin présentaient une négligence spatiale et un biais de verticale subjective particulièrement sévères. Dans une seconde série d’études expérimentales, nous avons testé notre hypothèse chez l’individu sain en évaluant si des stimulations sensorielle/sensori-motrice (Etude 3) biaisaient à la fois la perception du droit-devant et de la verticale. Nous avons également contrôlé si la verticale subjective partageait ou non des processus communs avec l’orientation latéralisée de l’attention, connue pour interagir avec le droit-devant subjectif (Etude 4). Les résultats de l’Etude 3 ont suggéré un effet modeste de l’adaptation prismatique sur la verticale visuelle, observé dans deux expériences indépendantes. L’Etude 4 a montré que le déplacement latéral de l’attention, via un paradigme de type Posner, biaisait la perception de l’axe gauche-droite mais pas celle de la verticale visuelle. Dans l’ensemble, ces résultats mitigés suggèrent que le cerveau élabore des représentations du droit-devant soi et de la verticale gravitaire via des bases neurales anatomiquement très proches, mais sous-tendant des mécanismes d’intégration sensorielle probablement distincts. Cette forte proximité anatomique pourrait expliquer pourquoi l’adaptation prismatique, connue pour moduler la perception égocentrée, modulait aussi, de façon minime, la perception gravitocentrée chez le sujet sain. Dans cette perspective, il serait intéressant d’investiguer l’effet thérapeutique de l’adaptation prismatique sur les biais de verticale subjective après lésion hémisphérique. Nos résultats encouragent aussi les cliniciens à dépister les inclinaisons pathologiques d’écriture et de dessin après lésion hémisphérique droite, afin d’anticiper au plus tôt d’éventuels signes de négligence spatiale et de latéropulsion.

Various coordinate systems are elaborated by the brain to assess the position and orientation of objects in relation to oneself and the environment. In this context, the straight-ahead and gravitational vertical are very important spatial reference frames. It is now accepted that the brain codes the direction of these reference frames from sensory integration mechanisms involving vision, somaesthesia, and the vestibular system. The disruption of these mechanisms after a right hemispheric stroke induces perceptual and representational deficits in several dimensions: on the one hand, a bias of the subjective straight-ahead to the right, strongly associated with spatial neglect, and on the other hand, a bias of the subjective vertical to the left (counter-clockwise), strongly associated with postural orientation disorders (lateropulsion). Intriguingly, recent clinical data have shown a very strong association in these same patients between spatial neglect, impaired verticality perception, and lateropulsion. These clinical evidences suggest the hypothesis of a spatial reference frame common for the perception of the straight-ahead and the gravitational vertical. These clinical associations need to be supported on an experimental basis. The general aim of this thesis was therefore to test this "common reference frame" hypothesis. In a first series of clinical studies, we further investigated the link between spatial neglect and impaired verticality perception, using direct (Study 1: neglect tests, verticality perception tests) and indirect (Study 2: writing and drawing tests) clinical measures of these deficits in individuals with right hemispheric stroke. We observed that patients with transmodal vertical tilts (visual and postural) systematically showed signs of spatial neglect, and that patients with abnormal writing and drawing tilts showed particularly severe spatial neglect and impaired verticality perception. In a second series of experimental studies, we tested our hypothesis in healthy individuals by investigating whether sensory/sensory-motor stimulations (Study 3) biased both straight-ahead and verticality perception. We also checked whether verticality perception shared common processes with the lateralized orientation of attention, known to interact with straight-ahead perception (Study 4). The results of Study 3 suggested a modest effect of prism adaptation on visual vertical, observed in two independent experiments. Study 4 showed that the lateral shift of visual attention, induced via a Posner-like paradigm, biased left-right perception but not visual vertical perception. Overall, these mixed results suggest that the brain elaborates representations of the straight-ahead and gravitational vertical via neural bases that are anatomically very close, but underlying sensory integration mechanisms that are probably distinct. Because of this strong anatomical proximity, the modulatory effect of prism adaptation on ego-centered perception could in turn modulate, to a limited extent, gravity-centered perception in healthy subject. In this perspective, it would be interesting to investigate the therapeutic effect of prism adaptation on impaired verticality perception after hemispheric stroke. Our results also encourage clinicians to screen for pathological writing and drawing tilts after right hemispheric stroke, to help in the early diagnosis of spatial neglect and lateropulsion.