Le langage au bout des doigts: Les liens fonctionnels entre la motricité et le langage

Par Victor Frak et Tatjana Nazir

Résultat du travail collectif de scientifiques de renom, l’ouvrage présente une revue actualisée et unique d’un sujet phare du domaine des neurosciences : les liens entre la motricité et le langage. Il permet d’explorer les bases neurologiques de ces liens, de comprendre le fonctionnement des réseaux cérébraux qui y sont associés et d’approfondir les connaissances nécessaires à l’amélioration des pratiques en rééducation-éducation.

Cet ouvrage comprend des chapitres en français et en anglais.

• Langue: Français
• Éditeur: Presses de l'Université du Québec
• Date de sortie: 30 avr. 2014
• ISBN: 9782760540064

Aperçu du livre

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Catalogage avant publication de Bibliothèque et Archives nationales du Québec et Bibliothèque et Archives Canada

Vedette principale au titre :

Le langage au bout des doigts : les liens fonctionnels entre la motricité et le langage

Comprend des références bibliographiques.

Textes en français et en anglais.

ISBN 978-2-7605-4004-0

1. Neurosciences cognitives. 2. Langage et langues – Aspect physiologique.

3. Activité motrice. I. Frak, Victor. II. Nazir, Tatjana.

QP360.5.L36 2014 612.8’233 C2013-942633-7F

Bibliothèque et Archives nationales du Québec and Library and Archives Canada cataloguing in publication

Main entry under title :

Le langage au bout des doigts : les liens fonctionnels entre la motricité et le langage

Includes bibliographical references.

Text in French and English.

ISBN 978-2-7605-4004-0

1. Cognitive neuroscience. 2. Langage and languages – Physiological aspects.

3. Motor ability. I. Frak, Victor. II. Nazir, Tatjana.

QP360.5.L36 2014 612.8’233 C2013-942633-7E

Les Presses de l’Université du Québec reconnaissent l’aide financière du gouvernement du Canada par l’entremise du Fonds du livre du Canada et du Conseil des Arts du Canada pour leurs activités d’édition.

Elles remercient également la Société de développement des entreprises culturelles (SODEC) pour son soutien financier.

Conception graphique

Richard Hodgson

Illustration de la couverture

Louise L’Espérance

Mise en pages

Le Graphe

Conversion au format ePub

Samiha Hazgui

Dépôt légal : 2e trimestre 2014

Bibliothèque et Archives nationales du Québec

Bibliothèque et Archives Canada

© 2014 ­– Presses de l’Université du Québec

Tous droits de reproduction, de traduction et d’adaptation réservés

Dédié à nos conjoints et à nos enfants,

pour le temps qui leur a été volé

et l’appui reçu lors de la préparation du manuscrit.

Remerciements

Les directeurs souhaitent remercier tous les auteurs pour leur collaboration à la production de cet ouvrage et tiennent à saluer la qualité et la clarté de leur contribution.

À Yves Paulignan, pour l’aide dans le choix du titre.

À Denise Mauger, pour son inestimable collaboration à l’élaboration de cet ouvrage.

À Louise L’Espérance, pour le dessin de la couverture du livre.

Au comité de lecture anonyme, pour ses apports pertinents.

Table des matières

Remerciements

Introduction

Victor Frak et Tatjana Nazir

Partie I

Bases théoriques anatomiques et fonctionnelles

Chapter 1

Looking Down upon Words with Motor Content

Regard neuro-anatomique sur les mots d’action

Barbara Tomasino and Raffaella Ida Rumiati

1. ALE Meta-analysis

2. Meta-analysis 1 : Studies Reporting M1 Activation

3. Meta-analysis 2 : Studies Failing to Report M1 Activation

4. Discussion

Conclusion

Reference List

Chapitre 2

Cartographie électrophysiologique du langage et de la motricité

Cartography of the Functional Links between Language and Action

Véronique Boulenger

1. Corrélats électrophysiologiques du traitement des mots d’action

1.1. Modèle de l’apprentissage associatif « hebbien »

1.2. Preuves électrophysiologiques

2. Traitement lexico-sémantique des mots d’action ou processus d’imagerie mentale ?

3. Des prédictions du modèle de l’apprentissage « hebbien »

4. Prenez-vous la mouche avec votre système moteur ?

Conclusions et perspectives

Références

Chapitre 3

Cinématique du membre supérieur durant l’activité linguistique

Language and Arm Movements

Common Systems ?

Yves Paulignan, Victor Frak et Mathilde Ménoret

1. Saisir un objet

2. Le geste et les mots

3. Retour sur le geste

Références

Chapter 4

Words in Context, Context in Situation

The Role of Sensorimotor Structures within the One-Step Model of Language Processing

Mots en contexte, contexte en situation

Le rôle des structures sensorimotrices dans le modèle one step du traitement du langage

Pia Aravena and Mélody Courson

1. Critics of the Two-Step Model

1.1. Low- and Higher-Level Processes Interact and Overlap in Time

1.1.1. The Real-Time Problem

1.1.2. The Context-Adaptive Problem

1.2. Lexical Concepts Are Not Invariant Entities in the Mental Lexicon

2. The One-Step Model, an Alternative to the Two-Step Model

3. The One-Step Model and Language-Induced Sensorimotor Activation

3.1. Lexical or Post-Lexical ?

3.1.1. Implications for the Embodied Theory

3.1.2. Implications for the Disembodied Theory

4. Motor Activation for Language Prediction ; Embodied Situation Model Construction

5. Answering the Functionality Question

Conclusions

Reference List

Chapitre 5

Les liens langage-action dans la production et la perception des actes moteurs volontaires

The links between language and action in the production and perception of voluntary motor acts

Angela Bartolo, Isabelle Bonnotte et Yann Coello

1. Ancrage biologique des liens action-langage

1.1. Liens action-langage sur le plan phylogénétique et ontogénétique

1.2. Bases neurales des relations action-langage

2. Neuropsychologie des liens action-langage

2.1. Liens action-langage dans la perception temporelle et spatiale

2.1.1. Action et temporalité dans le langage

2.1.2. Action et espace dans le langage

2.1.3. Situations d’interférence spatiale

2.2. Liens action-langage dans la perception des mouvements biologiques

Conclusion

Références

Partie II

Application des concepts

Chapitre 6

Du mouvement dans les mots

Apprentissage moteur du langage d’action

Motor learning of the action language

Raphaël Fargier

1. « Le corps et le sens »

2. Du mouvement dans le sens des mots (d’action)

3. L’action fondatrice du sens

3.1. L’apprentissage par l’exécution

3.2. L’apprentissage par l’observation

3.3. Le geste, observé ou exécuté, fixateur du sens

4. Des représentations spécifiques associées à des représentations abstraites

Conclusion

Références

Chapitre 7

Geste iconique et lexique chez le jeune enfant

Iconic gestures and lexicon in young children

Mélody Courson, Victor Frak et Tatjana Nazir

1. Gestes iconiques

2. Développement lexical et gestes iconiques

3. Interactions entre articulation et phonologie

4. Théorie de l’apprentissage associatif et réseaux neuronaux partagés distribués

5. Gestes iconiques et récupération lexicale

Conclusion

Références

Chapter 8

Action Observation Therapy and Aphasia

How Gestures Influence Language Recovery

L’observation de l’action comme thérapie chez les sujets aphasiques

De l’influence du geste sur la récupération du langage

Paola Marangolo

1. Gesture and Speech : Two Different Communication Systems or Just One ?

2. The Action Observation-Execution Approach

2.1. Experiment 1

2.2. Experiment 2

2.3. Experiment 3

3. Implications of the Findings for the Embodied Theory of Language

4. Future Directions for Language Rehabilitation

Reference List

Chapitre 9

Éléments de phonétique et de phonologie en langue des signes québécoise

Problèmes de production et de perception

Elements of phonetics and phonology in Quebec Sign Language

Production and Perception Issues

Anne-Marie Parisot

1. Phonétique et phonologie des langues des signes

2. Aménagements phonologiques ou économie articulatoire ? Le cas des interprètes français/LSQ

3. Perception visuelle ou représentation mentale ? L’évaluation de la conscience phonologique chez des locuteurs de la LSQ

Conclusion

Références

NOTICES BIOGRAPHIQUES

Introduction

Victor Frak et Tatjana Nazir

Depuis le XIXe siècle, l’étude du cerveau exerce une ­fascination

sans cesse renouvelée sur les scientifiques, captivés par les concepts évoquant la continuité biologique entre les espèces.

Selon les théories évolutionnistes, les espèces les plus développées seraient dotées d’un cerveau plus volumineux et plus complexe, et une lésion cérébrale engendrerait une régression individuelle de l’espèce. La description de l’activité cérébrale résiduelle à la suite d’une lésion cérébrale, c’est-à-dire le modèle lésionnel, a énormément enrichi les connaissances concernant le fonctionnement du cerveau humain ; les réflexions et les conclusions en découlant sont encore aujourd’hui d’actualité, pour la majorité d’entre elles.

Initialement, l’extrême variété des dysfonctions langagières et les troubles moteurs résultant de lésions cérébrales furent décrits, tel le concept de l’apraxie élaboré à partir de l’observation de dommages cérébraux associés à ces lésions. L’observation clinique d’un sujet apraxique a possiblement donné lieu à une première description d’un acte moteur ne pouvant être simulé. Cette simulation de l’acte moteur possède une grande similitude structurelle et fonctionnelle avec la réalisation de cet acte, sans toutefois qu’il soit exécuté. La représentation cérébrale des actes moteurs joue un rôle fondamental dans la communication, qui rend alors possible à un individu de prendre part à ceux de ses semblables.

La description de la localisation cérébrale des aires correspondant aux fonctions motricité et langage a été au cœur de grandes controverses soulevées par les défenseurs de l’holisme, en lien avec la possibilité ou non de les délimiter. Plusieurs approches privilégient le rôle crucial joué par les processus sensorimoteurs reliant la compréhension du langage à la représentation conceptuelle d’expériences sensorimotrices, la simulation motrice étant alors un élément-clé, d’où l’émergence du concept actualisé sous le terme de cognition « incarnée » ou encore « inscrite dans le corps » (embodied cognition).

Le concept d’interrelation existant entre motricité, langage et simulation d’un acte moteur ainsi que la possibilité ou non de délimiter avec précision les aires cérébrales y étant impliquées, ont servi de point de départ à cet ouvrage. C’est cette préoccupation qui se trouve au cœur de l’ouvrage, d’où la similitude des questions soulevées par les différents auteurs, l’intention n’étant pas de prendre parti pour l’une ou l’autre ­hypothèse, ou encore de tenter de convaincre le lecteur de leur validité.

Le langage et la motricité sont des fonctions essentielles à la communication interne et à notre interaction avec le monde extérieur. L’introduction de nouvelles techniques d’observation, en particulier la neuro-imagerie et la stimulation cérébrale, permet de mettre en évidence les circuits communs impliqués dans ces deux fonctions. Également, il est possible d’étudier « en ligne » (on line) leur interrelation : des modifications de l’activité musculaire peuvent être détectées à la suite d’un changement dans la force de préhension ou dans la posture, de même qu’une modification de la cinématique du membre supérieur induite par le langage. Ces nouvelles techniques offrent un point de vue privilégié permettant de mieux comprendre l’espace sensorimoteur ; à titre d’exemple, la simulation est proposée comme point de rencontre entre le langage et la motricité. Lorsque ces deux fonctions se rejoignent (binding), elles permettent de nous identifier en tant qu’individu, de nous reconnaître chez l’autre et d’interagir avec le contexte environnant. Nos actions ne doivent pas se limiter au trajet dans l’espace de notre corps tel qu’il nous apparaît, ou encore de ses segments, mais elles doivent également tenir compte de ce qu’on observe chez les autres, la reproduction motrice de leurs

actions sur le plan cérébral nous permettant de décrire, de répéter ces actions et ainsi d’apprendre à partir de l’observation d’actions exécutées par d’autres personnes.

Si une action réalisée par une tierce personne peut être simulée sur le plan cérébral lorsque observée, il est possible d’en déduire que l’observateur peut en saisir la nature. La compréhension des gestes de l’autre ouvre alors une autre voie de communication à cet observateur.

La proposition selon laquelle l’aire motrice primaire (M1) serait impliquée au moment de la simulation motrice lorsqu’un acte moteur est effectué ainsi qu’au moment de la compréhension du message linguistique évoquant cet acte moteur constitue un espace de discussion nouveau et très stimulant. Elle permet de plonger dans les méandres d’un sujet-clé

(et risqué) des neurosciences, à savoir l’interface sensorimotrice.

La première partie du livre informe le lecteur sur les bases conceptuelles et fonctionnelles reliant la motricité et le langage. Les structures neuroanatomiques associées aux verbes d’action y sont présentées et le niveau de participation de l’aire motrice primaire (M1) y est particulièrement abordé. L’électrophysiologie permet de réviser les éléments inhérents à la problématique du langage et de la motricité. De plus, les propriétés cinématiques des membres supérieurs durant l’activité linguistique et l’influence du contexte dans l’activité musculaire modulée par le langage y sont exposées. Les liens entre le langage et la motricité lors de la production et de la perception d’actes moteurs volontaires viennent clore cette première partie.

Les aspects pratiques découlant des données actuelles font l’objet de la deuxième partie du livre. Plus particulièrement, les chapitres touchent l’utilisation des liens fonctionnels entre le langage et la motricité dans le cadre de processus d’apprentissage, de réadaptation chez des sujets dysphasiques et pour faciliter la compréhension du langage des signes chez les personnes sourdes-muettes, et l’interaction entre le geste iconique et le vocabulaire pendant le développement de l’enfant. Des observations prometteuses quant à la création de nouveaux circuits neuronaux liés à l’apprentissage linguistique à travers l’activité motrice sont proposées.

Partie I

Bases

théoriques anatomiques

et fonctionnelles

Chapter 1

Looking Down

upon Words

with Motor Content

Regard

neuro-anatomique

sur les mots d’action

Barbara Tomasino and Raffaella Ida Rumiati

Abstract

Why do action-related words activate the primary motor cortex (M1) ? Processing verbs describing actions has been shown to involve M1 in addition to classic language areas. Two main theoretical views have been competing to explain how concepts are represented in the brain. According to classical cognitive theories, word representations are held to be abstract, amodal, and independent from the objects’ sensorimotor properties that they denote. The alternative view advocates that the sensorimotor processes play a crucial role in cognition. It follows that understanding action-related words would rely upon the same motor structures that also support the execution of the same actions. In this context, motor simulation represents a key component. In the present chapter, we will review and discuss recent studies on action-related language processing. We tested the assumption that M1 could or could not be activated during action-related language processing by conducting an activation likelihood estimation (ALE) meta-analysis on neuroimaging studies on action verbs or sentences, in which 327 activation foci from 20 experiments were assessed. We conducted two different ALE meta-analyses : one involved the subsets of studies reporting M1 activation and a second involved the studies failing to report M1 activation.

The network underlying the two subgroups of studies differed in whether or not they recruited the left and the right M1 (Areas 4a, 4p). The first analysis found M1 activated, whereas the second analysis did not. Instead, the network activated in the second analysis included a cluster located at the anterior border of Area 6, an area that has recently been suggested to be a gateway between the cognition and the motor system (Hanakawa 2011). We interpreted the activation of this area with sensorimotor activations being subjected to a top-down modulation. We discussed these data in light of a recently proposed view suggesting that depending on the type of strategy, the participants choose to perform tasks involving motor phrases (Tomasino and Rumiati 2013). We also argued that implicit motor imagery is not only used when a bodily stimulus is encountered and that its activation is not automatically triggered by the type of stimulus but, rather, by the type of strategy.

Résumé

Pourquoi les mots d’actions activent-ils l’aire motrice primaire (M1) ? Il a été démontré que l’énonciation de phrases ou de verbes décrivant une action implique la M1, en plus des aires « classiques » du langage. Deux visions théoriques principales se sont opposées afin d’expliquer comment les concepts sont représentés dans le cerveau. D’une part, selon les théories cognitives classiques, les représentations d’un mot sont tenues comme étant abstraites, amodales et indépendantes des propriétés sensorimotrices de l’objet qu’il indique. En contrepartie, l’autre vision prône que les processus sensorimoteurs jouent un rôle crucial dans la connaissance. Ainsi, la compréhension des mots d’action reposerait sur les mêmes structures motrices supportant aussi l’exécution de ces actions. Dans un tel contexte, la simulation motrice représente une composante-clé. Dans ce chapitre, nous analyserons et discuterons les études récentes portant sur le langage relié aux mots d’action. En nous fondant sur la littérature existante, nous avons testé l’hypothèse que la M1 pourrait ou non être activée pendant l’énonciation du langage d’action en effectuant une méta-analyse de l’estimation des probabilités d’activité motrice (ALE), dans des études de neuro-imagerie utilisant des verbes ou des phrases d’action, où 327 activations ont fait l’objet de 20 expériences. Nous avons mené deux méta-analyses différentes de l’ALE : l’une impliquant les sous-ensembles d’études rapportant l’activation de la M1, l’autre impliquant les études n’ayant pas réussi à démontrer l’activation de la M1.

Nous avons confirmé que les réseaux sous-jacents aux deux sous-groupes d’étude différaient en ce qu’ils avaient ou non sollicité les secteurs gauche et droit de la M1 (aires 4a et 4p). La première analyse a conclu à l’activation de la M1 alors que la seconde est arrivée à la constatation contraire. Plutôt, le réseau activé dans la seconde analyse incluait un amalgame situé au bord antérieur de l’aire 6, une aire dont il a récemment été avancé qu’elle constitue une passerelle entre la cognition et le système moteur (Hanakawa, 2011). Nous avons interprété l’activité dans cette aire comme étant une activité sensorimotrice sujette à une modulation de haut en bas. Nous avons discuté ces données à la lumière d’une vision récemment proposée, voulant que selon le type de stratégie, les participants choisissent d’exécuter des tâches impliquant des expressions incitant à l’action (Tomasino et Rumati, 2013). Nous avons aussi argumenté que la simulation motrice implicite n’est pas seulement utilisée en présence d’un stimulus corporel et que l’activité n’est pas automatiquement déclenchée par le type de stimulus, mais qu’elle l’est plutôt par la stratégie.

In functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies, sectors of the primary motor cortex (M1) that are preferentially activated by action-related words have been identified. M1 may or may not be activated depending on the type of strategy the participants adopt to perform tasks involving bodily and non bodily stimuli (Tomasino and Rumiati 2013).

Several studies have shown that the primary motor cortex (M1) activation relies on both bottom-up and top-down processing (e.g., Kosslyn et al. 1998, 2001 ; Papeo et al. 2012 ; Wraga et al. 2003). Bottom-up processing is triggered by the stimulus category. The recruitment of M1 observed in several fMRI studies investigating action-related word processing has been interpreted as being stimulus-dependent, (Hauk, Johnsrude, and Pulvermüller 2004 ; Kemmerer and Gonzalez-Castillo 2010 ; Rueschemeyer, Brass, and Friederici 2007). Lexical decisions on action verbs, as in judging whether a verb is a real word or a pseudo-word, were found to lead to stronger high-frequency EEG activity at recording sites located closely above M1 (Pulvermüller, Harle, and Hummel 2001). Moreover, compared with non-action words, action words related to different body parts such as face, arms, or legs, activated M1 in a somatotopic manner (Aziz-Zadeh et al. 2006 ; Buccino et al. 2005 ; Hauk, Johnsrude, and Pulvermüller 2004). Listening to sentences expressing actions performed with the mouth, hand, or foot led to signal increase in different parts of the left Pm cortex, depending on the effector involved in the action described by the sentence (Aziz-Zadeh et al. 2006 ; Tettamanti et al. 2005). TMS of the left M1 causes similar effector-specific M1 modulation when participants listen to hand and foot action-related sentences (Buccino et al. 2005) or when they perform a lexical decision task (Pulvermüller, Shtyrov, and Ilmoniemi 2005). Moreover, the activation of the left M1 increased for action words (verbs and nouns) compared with non-action words (Oliveri et al. 2004). Thus different mental operations seem to be involved in language processing as a function of whether the stimulus type is an action-related word or a non-action-related word.

Several studies showing that the recruitment of the sensorimotor areas is not automatic, as held before, but rather depends on the type of context (Papeo et al. 2009 ; Tomasino et al. 2007, 2008 ; van Dam et al. 2010, 2012 ; Willems et al. 2010), challenged the view that sensorimotor areas are activated depending on the content of the word (Pulvermüller, Shtyrov, and Ilmoniemi 2005). By top-down processing we refer to the modulatory effect exerted by cognitive strategies which can be implicitly selected by participants while solving the task at hand. Individuals might be using different strategies in trying to understand action-related words or phrases. One of these strategies involves an implicit motor simulation, that is, a process that occurs when participants unconsciously simulate the movement while performing another task, even in absence of a precise instruction to do so (Jeannerod and Frak 1999). Tasks that may elicit such an implicit simulation include mental rotation of body parts (e.g., Kosslyn et al. 2001 ; Zacks et al. 1999), handedness recognition of a visually presented hand (e.g., Parsons and Fox 1998), judgments as to whether an action would be easy, difficult, or impossible (Johnson-Frey et al. 2002), and recognizing and understanding actions of other individuals (e.g., Jeannerod and Frak 1999). In agreement with the top-down hypothesis, in understanding action-related words, the subject may implicitly imagine the corresponding movement, thus triggering the underlying motor representation. Indeed, in the majority of the fMRI experiments that aimed at identifying the neural correlates of action related language processing (e.g., Buccino et al. 2005 ; Hauk, Johnsrude, and Pulvermüller 2004 ; Tettamanti et al. 2005), participants did not explicitly receive the instructions to imagine themselves or somebody else to perform the movements. Even so, they might nevertheless have imagined the movements described by the verbs. In one study, participants were asked to perform an imagery task and a letter-detection task with action and non-action verbs (Tomasino et al. 2007). It was found that, compared to the letter detection task, the imagery task led to an enhanced M1 activation for action verbs relative to non-action-related ones. In other studies,

the effector-specific activation of M1 was observed during semantic judgments on action verbs but not in task conditions in which participants accessed word meaning less explicit or only incidentally, as in letter detection or syllable counting (Papeo et al. 2009), during imagery but not during lexical decision of action-related stimuli (Willems et al. 2010). The activation of the premotor cortex observed in the latter study when participants performed lexical decisions is consistent with the findings of a TMS study in which stimulating the hand-related premotor cortex influenced the processing of hand-related action verbs during lexical decisions (Willems et al. 2011).

Although previous studies also point to an involvement of the Pm in processing action verbs (e.g., Aziz-Zadeh et al. 2006 ; Tettamanti et al. 2005, 2008), in the present chapter, we will primarily focus on the neural response pattern of the M1 cortex, given the susceptibility of this region to top-down modulation (e.g., Kosslyn et al. 2001).

1. ALE Meta-analysis

According to the view we have recently put forward (Tomasino and Rumiati 2013), participants may lean on different sensorimotor representations depending on the task strategy adopted. In a series of studies investigating different aspects of language representations (e.g., morphology, grammar, category, specificity, semantics), we looked for the type of task used and whether M1 was listed among the activated areas resulting from the critical comparisons involving action verbs. We then included the fMRI studies mentioned above in a meta-analysis. Opposite to narrative reviews or label-based anatomical approaches, the coordinate-based meta-analysis methods statistically aggregate activation foci (peaks) derived from neuroimaging data and emphasize specific neuronal patterns across multiple studies following a common paradigm or hypothesis (Eickhoff et al. 2012). We used the ALE approach as implemented in the Ginger ALE software provided by BrainMap (Laird et al. 2005, 2009). Using probabilistic cytoarchitectonic maps of cortical areas, activations identified in each analysis were specifically associated to the most probable brain area.

Functional imaging studies included in the meta-analysis were obtained from an exhaustive literature search in PubMed, the ISI Web of Knowledge, and Cochrane (strings : action words, action verbs, embodiment, semantics, language, motor, action, fMRI) on neuroimaging experiments. We included studies based on the following inclusion criteria. Experiments required