CROSS-MODAL NEUROPLASTICITY : Auditory spatial recalibration following visuo-motor adaptation

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State: Public
Version: After imprimatur
Serval ID
serval:BIB_C7C58F0085AA
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
CROSS-MODAL NEUROPLASTICITY : Auditory spatial recalibration following visuo-motor adaptation
Author(s)
Tissieres Isabel
Director(s)
Clarke Stephanie
Codirector(s)
Crottaz-Herbette Sonia
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Address
Faculté de biologie et de médecine
Université de Lausanne
CH-1015 Lausanne
SUISSE

Publication state
Accepted
Issued date
2018
Language
english
Abstract
“I think I heard a child screaming in this room full of smoke! Or, maybe, could it be a piece of metal that fell on the ground? No, I heard it again. I am sure now. It is a child and it comes from 20 meters ahead, slightly on the left. Call for backup I will enter first!”
Mapping the auditory space requires paying attention to several auditory cues as the ones illustrated in the example above: identity, location and direction of sounds. In the absence of visual information, it will be even more important to rely on these cues to be able to navigate properly. The visual input can be reduced following visual loss or decrease of conscious visual perception, a condition called unilateral spatial neglect; or in particular conditions such as in the example above, when firefighters have to rescue a child from a house full of smoke. When the visual input is reduced, the other sensory modalities will have to adjust their responses in order to maintain an adaptative behavior. The neuroplasticity induced by the modulation of a sensory modality on another sensory modality is referred as cross-modal plasticity.
This thesis is composed of two major parts and includes five studies. The first part, involving two studies, is dedicated to the investigation of the neural substrates of sound lateralization and auditory neglect in patients with brain lesions. The second part, involving three studies, is dedicated to the investigation of cross-modal plasticity and focuses on prism adaptation.
Two studies investigated auditory spatial deficits using an anatomo-clinical imaging approach on patients with a first unilateral stroke. Results showed that contralateral auditory extinction was associated with similar temporo-parieto-frontal regions on either hemisphere; that ipsilateral auditory extinction in patients with left hemispheric damage was associated with lesions involving intrahemispheric white matter connections; and that auditory sound segregation deficits linked to the inability to correctly use implicit spatial cues were predominantly induced by lesions including a large left temporo-parietal network. Three studies investigated the plasticity in sound localization induced by prism adaptation, a visuo-motor training used in the rehabilitation of neglect deficits. Two of them focused on the neural correlates modulated by prism adaptation during visual and auditory detection tasks. The last study investigated the effect of this adaptation on the alleviation of auditory spatial deficits occurring after a brain lesion. The results of these studies showed that the inferior parietal lobule is similarly modulated by the adaptation during a visual or auditory task, suggesting a supramodal role of this region. Moreover, the results of these studies allowed specifying for which patients this adaptation is efficient to alleviate auditory spatial deficits.
Overall, these studies contributed to a better understanding of the nature of auditory spatial deficits in patients with brain damages. They showed the intrinsic ability of the healthy and damaged adult brain to adapt and improve. These findings illustrate how we can use the visual modality to help recover auditory spatial deficits. These results could potentially allow the development of new neurorehabilitation strategies.
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“Je crois que j’ai entendu un cri d’enfant provenant de cette pièce pleine de fumée! Ou bien était-ce un objet en métal tombé sur le sol? Non, je l’ai entendu à nouveau. J’en suis sûr maintenant. C’est un enfant et ça vient de 20 mètres devant, légèrement sur la gauche. Appelle du renfort, je rentre en premier. ”
Pour se représenter l’espace auditif, il faut tenir compte de nombreux indices tels que ceux illustrés dans l’exemple précédent : l’identité d’un son, sa localisation dans l’espace et son mouvement. En l’absence d’information visuelle, ces indices sont encore plus importants pour pouvoir s’orienter correctement. L’information visuelle peut se retrouver réduite pour plusieurs raisons : suite à une perte de la capacité visuelle, suite à une diminution de la conscience de l’espace visuel liée à un syndrome que l’on nomme héminégligence, ou dans des conditions particulières comme celle de l’exemple cité au début : lorsque des sapeurs-pompiers doivent sauver un enfant pris au piège dans une maison pleine de fumée. Lorsque l’information visuelle est réduite, les autres modalités sensorielles doivent s’ajuster afin que l’individu puisse conserver un comportement adaptatif. Cette neuroplasticité induite par la modulation d’un sens en réponse à un autre sens, s’appelle plasticité cross-modale.
Cette thèse s’articule autour de deux axes principaux et inclut cinq études. Le premier axe est dédié à l’étude des corrélats anatomiques des déficits spatiaux auditifs et comporte deux études focalisées sur les déficits spatiaux auditifs de patients cérébrolésés. Le deuxième axe est dédié à l’étude de la plasticité cross-modale et comporte trois études focalisant sur l’adaptation prismatique.
Les deux premières recherches ont permis d’étudier les déficits spatiaux auditifs en utilisant une méthode d’analyse permettant les corrélations anatomo-cliniques. Les résultats ont démontré que l’extinction auditive contralatérale est provoquée par des lésions dans des régions temporo-fronto- pariétales similaires de chaque hémisphère ; que l’extinction auditive ipsilatérale à la suite de lésions impliquant l’hémisphère gauche pouvait être liée à des déconnections calleuses intra-hémisphériques ; et que les déficits de ségrégation liés à l’incapacité d’utiliser les indices spatiaux implicites étaient provoqués principalement par des lésions situées au sein d’un large réseau temporo-pariétal dans l’hémisphère gauche. Les trois études suivantes ont permis d’étudier la plasticité induite par l’adaptation prismatique, un protocole de réhabilitation utilisé pour diminuer les déficits spatiaux des patients héminégligents. Ces études ont permis de confirmer le rôle supramodal du lobule pariétal inférieur, qui est modulé de façon similaire par l’adaptation dans chacune des modalités sensorielles (vision, audition); et de préciser pour quels patients cette adaptation est utile pour diminuer les déficits spatiaux auditifs.
En résumé, ces études ont contribué à une meilleure compréhension de la nature des déficits spatiaux auditifs que les patients peuvent présenter suite à une lésion cérébrale. Elles ont également permis de dévoiler la capacité du cerveau adulte sain ou cérébrolésé à s’adapter et ont aussi démontré que l’on peut utiliser la vision pour aider la réhabilitation des déficits spatiaux auditifs. Ces résultats pourraient potentiellement permettre le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques en neuroréhabilitation.

Keywords
Localisation auditive, plasticité cross-modale, héminégligence, neuroimagerie, Sound localization, cross-modal plasticity, unilateral spatial neglect, IRMf, VLSM
Create date
03/09/2018 10:44
Last modification date
20/08/2019 15:43
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