N d'ordre : 131-2001 Année 2001. THESE de NEUROSCIENCES

N d'ordre : 131-2001 Année 2001 THESE de NEUROSCIENCES présentée devant l'université Claude Bernard Lyon 1 pour l'obtention du Diplôme de Doctorat (arrêté du 30 mars 1992) présentée et soutenue publiquement le 16 octobre 2001 par Fabien PERRIN ETUDES ELECTROPHYSIOLOGIQUES DE LA DISCRIMINATION SEMANTIQUE PENDANT LE SOMMEIL Jury :Hélène Bastuji (co-directrice de thèse) Mireille Besson (rapporteur) Luis García-Larrea (directeur de thèse) Jean-Michel Guérit Pierre Maquet (rapporteur) François Mauguière (président de jury) 1

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«Quand Gregor Samsa sortit un matin d un sommeil peuplé de rêves inquiétants, il se retrouva transformé dans son lit en une sorte d énorme punaise.» F Kafka «Hier, je n étais pas plus tôt couché que je sombrai aussitôt dans un sommeil profond, comme un navire trop chargé qui coule. Je me trouvais dans une masse d eau verte et grise qui se déplaçait sans bruit. Je revins lentement du fond vers la surface et ouvrit quelque part les yeux au milieu d un abîme.» E Zamiatine «Si ça se trouve on est tous dans un rêve, on n existe pas. Ce n est que lorsqu on se réveille qu on sait que ce n était qu un rêve. Tant qu on ne se réveille pas on ne sait pas.» extrait d «Anna Oz» 3

TABLE DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE... 12 CHAPITRE UN Sommeil et Réactivité de l'homme endormi... 14 I- GENERALITES SUR LE SOMMEIL HUMAIN... 14 A- DESCRIPTION ELECTROPHYSIOLOGIQUE... 14 1- Rappel historique... 14 2- Phénoménologie des états de vigilance... 15 a- La veille... 15 b- Le sommeil lent... 15 c- Le sommeil paradoxal... 17 3- Organisation des différents stades de sommeil au cours de la nuit... 17 B- EXPERIENCES MENTALES SUBSISTANT AU REVEIL... 18 C- L'ACTIVITE CEREBRALE AU COURS DU SOMMEIL... 19 1- Evolution de l'activité cérébrale au cours du sommeil lent... 20 2- Evolution de l'activité cérébrale au cours du sommeil paradoxal... 21 II- LA REACTIVITE DE L'HOMME ENDORMI... 22 A- LA REACTIVITE GENERALE A L'ENVIRONNEMENT... 22 1- Facteurs influençant la réactivité... 22 a- La profondeur du sommeil... 22 b- Les facteurs individuels... 23 c- Les facteurs situationnels... 24 d- Les facteurs environnementaux... 24 2- Conséquences de la réactivité à l'environnement... 25 a- Modifications physiologiques causées par l'environnement... 25 Modifications végétatives... 25 Modifications électroencéphalographiques... 26 Hiérarchie d'apparition des réactions... 26 b- Incorporation des stimulations dans l'activité mentale / onirique au cours du sommeil... 27 c- Apprentissage pendant le sommeil... 27 B- REACTIVITE SELON LA NATURE DU STIMULUS... 28 1- Rappels sur les éléments constitutifs d'un son ou d'un mot... 28 a- Les apports de la linguistique... 28 b- Les apports de la neuropsychologie... 30 2- Influence du stimulus sur la réactivité... 31 a- Influence du signifiant... 31 4

b- Influence du 'signifié' d'un son... 32 c- Influence du signifié d'un mot... 33 3- Limitations des études ayant recherché l'influence du sens des stimulus sur la réactivité... 33 CHAPITRE DEUX Etudes électrophysiologiques de l'intégration de stimulations auditives à l'éveil et au cours du sommeil... 35 I- Exploration de l'integration auditive diurne par la technique des potentiels evoques... 35 A- Rappel des differents outils d'investigation de l'activite cerebrale... 35 B- RAPPEL DES PRINCIPES DE LA TECHNIQUE EEG ET DES POTENTIELS EVOQUES... 37 C- LES GENERATEURS CEREBRAUX DES POTENTIELS EVOQUES... 39 D- LES POTENTIELS EVOQUES AUDITIFS (PEA) D'EVEIL... 41 1- Les PEA précoces et de latence moyenne... 41 2- Les PEA tardifs... 43 a- Evaluation du stimulus (P1, N1, P2)... 44 b- Identification / détection / discrimination du stimulus... 45 c- Catégorisation du stimulus / clôture de la période cognitive (P300, LPC)... 47 d- Autres types de réponses cognitives (SW, VCN)... 48 II- MODIFICATIONS DES POTENTIELS EVOQUES AUDITIFS AU COURS DU SOMMEIL... 50 A- MODIFICATIONS OBSERVEES SUR LES PEA PRECOCES ET DE LATENCE MOYENNE... 50 B- MODIFICATIONS OBSERVEES POUR LES PEA TARDIFS... 51 1- Evocation des complexes K au cours du sommeil lent... 52 2- Les PEA tardifs au cours du sommeil... 55 a- L'évaluation du stimulus... 55 b- Détection automatique de la discordance acoustique... 55 c- Catégorisation d'un stimulus déviant... 56 C- RECAPITULATIF DES MODIFICATIONS OBSERVEES PENDANT LE SOMMEIL... 57 CHAPITRE TROIS Réponses électrophysiologiques à la présentation du propre prénom du sujet au cours du sommeil... 58 I- INTRODUCTION... 58 II- METHODES... 61 A- SUJETS... 61 B- STIMULATIONS... 61 C- ENREGISTREMENT ELECTROENCEPHALOGRAPHIQUE... 62 D- PROCEDURE EXPERIMENTALE... 63 E- ANALYSE DES DONNEES... 64 1- Scorage des tracés de nuit... 64 2- Moyennage des tracés EEG... 64 5

3- Mise en évidence des différents potentiels de scalp... 65 4- Analyse statistique des réponses électrophysiologiques... 66 a- Analyse des réponses obtenues après le propre prénom et les sept autres prénoms... 66 b- Analyse des réponses obtenues à l'éveil... 67 c- Analyse des réponses en fonction de l'état de vigilance... 68 d- Analyse en fonction de la présence ou l'absence d'un complexe K sur l'eeg après la stimulation... 68 5- Etudes des changements d'état observés après stimulation par le propre prénom... 70 6- Analyse de l'incorporation des stimulus... 70 III- RESULTATS... 71 A- REPONSES ELECTROPHYSIOLOGIQUES PENDANT L'EVEIL... 71 B- REPONSES AUX STIMULATIONS PENDANT LE SOMMEIL... 74 1- Influence des stimulations sur la structure du sommeil et sur les réponses succédant à un propre prénom... 74 2- Incorporation des stimulations dans l'activité mentale... 75 3- Réponses électrophysiologiques de sommeil... 75 a- Réponses en fonction de l'état de vigilance... 75 b- Réponses spécifiques au stade 2 de sommeil... 79 IV- DISCUSSION... 83 A- REPONSES OBTENUES A L'EVEIL... 83 1- Validation du paradigme employé... 83 2- Effet de l'attention et du niveau de vigilance sur les réponses électrophysiologiques d'éveil... 85 B- REPONSES AUX STIMULATIONS PENDANT LE SOMMEIL... 86 1- Influence des stimulations sur le contenu mental et sur la structure du sommeil... 87 2- Réponses électrophysiologiques obtenues en sommeil paradoxal... 88 3- Réponses électrophysiologiques obtenues en stade 2 de sommeil... 89 4- Signification fonctionnelle des potentiels de sommeil et correspondance avec les potentiels d'éveil... 92 V- CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES... 96 CHAPITRE QUATRE Réponses électrophysiologiques à l'incongruence sémantique et phonologique au cours du sommeil... 97 I- INTRODUCTION... 97 II- ETUDE PRELIMINAIRE : EXPLORATION DE LA DETECTION D'INCONGRUENCES PHONOLOGIQUES ET SEMANTIQUES AU COURS DE L'EVEIL... 100 A- METHODES... 101 B- RESULTATS... 101 C- CONCLUSIONS... 103 III- EXPLORATION DE LA DETECTION D'INCONGRUENCES PENDANT LE SOMMEIL... 104 6

A- METHODE... 104 1- Sujets... 104 2- Stimulations... 105 3- Enregistrement électroencéphalographique... 106 4- Procédure expérimentale... 106 5- Analyse des données... 107 a- Scorage des tracés de nuit... 107 b- Moyennage des tracés EEG... 108 c- Mise en évidence des différents potentiels de scalp... 108 d- Analyse statistique des réponses électrophysiologiques... 110 Analyse des réponses obtenues à l'éveil... 110 Analyse des réponses en fonction de l'état de vigilance... 111 e- Analyse de l'incorporation des stimulus... 112 B- RESULTATS... 113 1- Réponses électrophysiologiques pendant l'éveil... 113 2- Réponses aux stimulations au cours du sommeil... 117 a- Influence des stimulations sur la structure du sommeil... 117 b- Incorporation sensorielle dans l'activité mentale... 117 c- Réponses électrophysiologiques de sommeil... 118 C- DISCUSSION... 124 1- Réponses obtenues à l'éveil... 124 a- Effets de la qualité du stimulus et du contexte sur les réponses... 124 b- Rôle fonctionnel du N400... 126 2- Réponses obtenues pendant le sommeil... 128 a- Morphologie des réponses... 128 b- Persistance de la détection d'incongruences sémantiques au cours du sommeil... 130 c- Réponses différentielles à la présentation de pseudo-mots et de mots succédant à un pseudo-mot pendant le sommeil... 132 IV- CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES... 134 CHAPITRE CINQ Réponses électrophysiologiques intra-cérébrales à la présentation de pseudo-mots et de mots... 137 I- INTRODUCTION... 137 II- METHODES... 139 A- LA STEREO-ELECTROENCEPHALOGRAPHIE... 139 B- LES PATIENTS... 140 C- LES STIMULATIONS... 141 D- PROCEDURE EXPERIMENTALE... 141 E- ANALYSE DES DONNEES... 142 1- Moyennage des tracés EEG... 142 2- Localisation intra-cérébrale des plots d'enregistrement... 143 3- Inventaire des réponses observées... 143 4- Analyse unitaire des réponses électrophysiologiques... 144 7

III- RESULTATS... 146 A- REPONSES SURVENANT ENTRE 50 ET 250 MS... 146 B- REPONSES TARDIVES... 147 1- Inventaire des réponses obtenues... 147 2- Localisation des sources de ces potentiels... 148 3- Réponses unitaires... 148 a- Analyse globale... 148 b- Réponses dans le noyau amygdalien... 151 c- Réponses dans l'hippocampe... 151 d- Réponses dans le gyrus fusiforme... 151 e- Réponses dans le gyrus temporal moyen... 153 f- Réponses dans le gyrus temporal inférieur... 153 IV- DISCUSSION... 155 A- REPONSES ELECTROPHYSIOLOGIQUES SURVENANT ENTRE 50 ET 250 MS... 155 B- REPONSES ELECTROPHYSIOLOGIQUES DIFFERENTIELLES... 156 1- Potentiels sensibles à la phonologie du stimulus... 157 2- Potentiels sensibles à la déviance du stimulus... 157 a- Potentiels survenant pendant le P300 de scalp... 157 b- Potentiels survenant après le P300 de scalp... 159 3- Hétérogénéité d'apparition des composantes C450 et C650 en fonction des structures anatomiques... 159 V- CONCLUSION... 161 CONCLUSION GENERALE... 162 REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES... 165 ANNEXES... 177 PUBLICATIONS SCIENTIFIQUES... 184 RESUME... 188 8

«Il nous faut un monde onirique pour découvrir les caractéristiques du monde réel que nous croyons habiter (et qui n est peut-être en réalité qu un autre mode onirique)» P Feyeraband 9

«Le caractère de nos rêve nous donne un reflet bien plus fidèle de l ensemble de nos dispositions que ce que nous pourrions en savoir en nous observant longtemps pendant la veille» JM Fichte 10

«Le rêve est une courte folie et la folie un long rêve» Schopenhauer 11

INTRODUCTION GENERALE Dès l'antiquité, le sommeil a été considéré comme un état de repos au cours duquel les organes des sens étaient en inactivité. Aristote estimait que faire acte de sensation, au sens propre et absolu, est impossible en même temps que l'on dort. Durant cet état de 'non vigilance', le dormeur se trouverait éloigné, voire même isolé, de son monde sensoriel, ce qui lui garantirait un sommeil stable et récupérateur. Beaucoup plus récemment, certains auteurs ont suggéré que cette diminution générale de la sensibilité à l'environnement était associée à une véritable transformation de l'activité mentale et psychique. Par exemple, JP Sartre (1940) a considéré ce monde non perceptif, je rêve, donc je ne perçois pas, comme un monde enfermé sur lui-même et sans relation avec la vie diurne. S Freud (1926) pensait, quant à lui, que cet isolement était l'occasion pour le dormeur de s'ouvrir sur son inconscient à contenu symbolique. Parallèlement à ces considérations d'ordre philosophique, un certain nombre de scientifiques du début du XXème siècle, qui se sont intéressés aux mécanismes physiologiques à l'origine du sommeil comme F Bremer (1935), ont suggéré que le sommeil était un phénomène passif de 'dé-activation' où toute action, telle que la perception, était fortement réduite. Des études électrophysiologiques réalisées chez l'animal ont même montré que la transmission des afférences sensorielles était fortement diminuée pendant le sommeil (Pompeiano, 1970 ; Steriade et coll., 1990). Les recherches scientifiques sur le sommeil confirmaient donc, avec ces derniers travaux, l'état d'isolement sensoriel suggéré précédemment. Néanmoins, notre expérience personnelle nous a déjà prouvé que, lorsque nous dormions, nous n'étions pas complètement détachés du monde extérieur, et qu'il nous était même possible de réagir à certaines stimulations externes. L'expérience du réveille-matin est, malheureusement, là pour nous le rappeler régulièrement. Le plus surprenant est qu'il n'est pas nécessaire que l'intensité du stimulus soit élevée pour provoquer une réaction d'éveil chez le dormeur. En effet, un son d'intensité faible mais avec un caractère 'alertant', 'important', ou 'surprenant' peut facilement provoquer une 12

interruption hypnique. Une jeune mère va, par exemple, se réveiller plus facilement aux cris de son propre enfant, qu'à un son indifférent (Adrian, 1937, cité par Brain, 1958) ou qu'à ceux d'un autre enfant (Formby, 1967). Comme le soulignait déjà Burdach (1830, cité par Freud, 1926) dans le sommeil, l'esprit s'isole du monde extérieur et se retire de la périphérie [...] Le lien n'est toutefois pas entièrement rompu : si on ne pouvait entendre et sentir pendant le sommeil, mais seulement après le réveil, on ne pourrait jamais nous réveiller. La persistance des sensations est prouvée mieux encore par le fait que la force d'une impression n'est pas la seule à nous réveiller, mais que sa valeur psychique agit aussi : un mot indifférent n'éveillera pas le dormeur, mais il s'éveillera si on l'appelle par son nom ; [...] dans le sommeil, l'esprit distingue donc entre les sensations. Le fait que le dormeur puisse se réveiller spécifiquement à des stimulus pertinents a conduit Burdach à conclure que ce n'est pas la capacité d'interpréter les impressions des sens qui fait défaut pendant le sommeil, mais l'intérêt pour ces impressions. Ces exemples comportementaux suggèrent donc que le dormeur est à même d'analyser son environnement sensoriel et de juger de l'importance des stimulus en fonction du contexte. L'objectif de notre travail de thèse a été d'étudier les capacités du cerveau endormi à réaliser une discrimination sémantique des stimulations sensorielles. Pour cela, nous avons enregistré l'activité électrique cérébrale de sujets endormis, en réponse à des stimulations auditives de nature sémantique différente. Dans un premier temps, nous avons voulu savoir si le cerveau dormant était à même de discriminer des mots possédant un sens intrinsèque très puissant, à savoir le propre prénom du sujet. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressé à la discrimination sémantique dépourvue de connotation affective en faisant écouter à des sujets éveillés et endormis des mots dans un paradigme de détection d'incongruence sémantique. Enfin, nous anticipons sur nos prochaines perspectives de recherche en présentant des résultats préliminaires d'enregistrements d'activités intra-cérébrales obtenues après des stimulations de nature sémantique différente, qui nous ont permis d'approfondir nos connaissances sur les régions anatomiques impliquées dans la détection de la signification d'un mot. 13

CHAPITRE UN Sommeil et Réactivité de l'homme endormi I- GENERALITES SUR LE SOMMEIL HUMAIN La recherche sur le sommeil a subi un développement considérable au milieu du XXème siècle grâce au développement de la technique d'enregistrement de l'activité électrique cérébrale, dénommée électroencéphalographie (EEG). L'observation des modifications de cette activité au cours des différents états de vigilance a permis de définir des critères objectifs rendant possible la distinction entre le sommeil et l'éveil, puis d'élaborer une véritable classification des différents stades de sommeil (pour des revues voir Gaillard, 1995 ; Goldenberg, 1997). A- DESCRIPTION ELECTROPHYSIOLOGIQUE 1- Rappel historique Les études électrophysiologiques réalisées au cours du sommeil ont, dans un premier temps, mis en évidence des événements électriques corticaux propres à cet état de vigilance. On doit ainsi à Loomis et collaborateurs (coll.) (1935a,b, 1937, 1938, 1939) les premiers enregistrements d'activités lentes delta (entre 0,5 et 4 Hz) et rapides sigma (entre 12 et 16 Hz) chez des sujets endormis, mais aussi la première description des mouvements oculaires lents de l'endormissement. A l'époque déjà, les auteurs ont proposé une première classification en 5 stades : le stade A avec des trains d'activités alpha (entre 8 à 12 Hz), le stade B très peu volté et sans alpha, le stade C constitué d'activités rapides sigma, le stade D avec des rythmes sigma et delta et le stade E avec seulement du delta. Aserinsky et Kleitman vont pour leur part décrire la présence de mouvements oculaires rapides (MOR, ou REM pour rapid eye movement dans la littérature anglaise) pendant le sommeil et les associer à l'activité onirique. Ils ont remarqué, en effet, que sur 27 réveils provoqués pendant cette période, 20 étaient associés à un souvenir de rêve, alors que sur 23 réveils provoqués au cours 14

des périodes sans MOR, 19 n'ont eu aucun rappel (Aserinsky et Kleitman, 1953). Dement et Kleitman (1957a), en analysant plus systématiquement l'eeg et l'électrooculogramme (EOG), ont proposé une nouvelle classification qui distinguait 4 stades de sommeil : le stade 1 sans activités sigma ni delta, le stade 2 très peu volté et avec du sigma, le stade 3 avec des rythmes sigma et delta et le stade 4 avec plus de 50 % d'ondes lentes de type delta. Ces auteurs ont suggéré aussi l'existence de deux périodes distinctes au sein du stade 1 : une phase sans MOR et qui apparaissait en début de nuit ('stade 1 descendant') et une phase avec MOR, survenant après un réveil nocturne ('stade 1 ascendant'). Cette distinction entre stade 1 ascendant et descendant a persisté dans la littérature jusqu'à ce qu'un troisième signal physiologique, l'électromyogramme (EMG), soit enregistré et montre l'absence de tonus musculaire au cours de ce deuxième 'stade 1'. Jouvet et Michel (1959), qui s'intéressaient à cette époque aux activités encéphaliques du chat décortiqué, ont été les premiers à enregistrer cette atonie musculaire (confirmée chez l'homme par Berger en 1961) et à proposer que le stade 1 ascendant était un stade de sommeil indépendant du stade 1 (sans MOR) et même un état de vigilance à part entière. Il a été dénommé sommeil paradoxal par Jouvet en 1962. A partir de ces résultats, une standardisation de la classification, ou 'scorage', des stades de sommeil a pu être définie au milieu des années 1960, dont l'article de référence est celui de Rechtschaffen et Kales (1968) et dont les grandes lignes sont définies dans les paragraphes suivants. 2- Phénoménologie des états de vigilance (figure 1) a- La veille L'éveil, avec les yeux ouverts, se caractérise par une activité électroencéphalographique rapide et désynchronisée. Les fréquences recueillies se situent entre 16 Hz et 32 Hz (rythme bêta), parfois entre 4 à 8 Hz (activité thêta), et sont diffuses sur le scalp. Des mouvements oculaires nombreux et rapides et un tonus musculaire élevé sont caractéristiques de cet état. Lorsque le sujet ferme les yeux, une activité alpha (entre 8 et 12 Hz) vient remplacer l'activité précédemment décrite, essentiellement en regard des régions pariéto-occipitales du scalp. b- Le sommeil lent Avant l'apparition d'un sommeil dit 'lent', une phase intermédiaire n'excédant pas 5 minutes et de voltage peu ample remplace l'éveil. Ce stade 1 (S1), considéré souvent comme l'état de somnolence, est caractérisé par la disparition progressive de l'activité alpha de l'éveil, avec les yeux fermés, et de l'activité bêta, et par une augmentation de l'activité thêta. Deux phases peuvent être différenciées : 15

une première où le rythme alpha est diffus sur les régions antérieures du scalp et se morcelle (stade 1a) et une seconde où l'alpha laisse sa place au thêta (stade 1b). Les mouvements oculaires deviennent lents et le tonus musculaire est plus bas qu'à l'éveil. Figure 1 : EEG observés au cours des différentes phases de vigilance (voir explications dans le texte) La transition entre la somnolence et le sommeil dit 'lent' (SL) est marquée par l'apparition, pendant 1 à 2 minutes, de déflexions négatives maximales au sommet du scalp et dénommées 'pointes (de) vertex'. Deux critères électrophysiologiques permettent de définir le stade 2 (S2) : (i) l'apparition des fuseaux de sommeil (ou activité sigma, bouffées d'activité de 12 à 16 Hz, n'excédant pas une demi seconde) qui pourraient être présents tout au long du sommeil lent (Gaillard et Blois, 1981), et (ii) l'observation de complexes K (ondes paroxystiques de polarité négative-positive), événements phasiques qui apparaissent spontanément ou en réponse à une stimulation. Puis les ondes lentes delta (0,5-4 Hz), qui sont encore peu abondantes au cours du S2, s'intensifient en amplitude et deviennent de plus en plus abondantes du stade 3 (S3) jusqu'au stade 4 (S4). On considère que le dormeur se trouve en S2 lorsqu'il y a moins de 20 % d'ondes lentes, en S3 entre 20 à 50 % d'ondes lentes, et en S4 lorsqu'il y a plus de 50 % d'ondes lentes ; le S2 est parfois dénommé, avec le S1, sommeil lent léger ou SLL, et les S3 et S4 sommeil lent profond ou SLP. Néanmoins, il ne faut pas considérer cette distinction, quelque peu arbitraire, comme l'expression d'une réalité physiologique. Il est préférable de voir dans l'évolution du sommeil un 16

continuum, où les pointes vertex évolueraient en complexes K, qui eux mêmes pourraient contribuer au processus de synchronisation des ondes lentes delta (Halász et coll., 1985 ; Halász, 1993, degennaro et coll., 2000). Enfin, tout au long du sommeil lent, le tonus musculaire est plus faible qu'au cours de l'éveil, et les mouvements oculaires sont rares et lents (on parle de sommeil sans MOR ou de 'N-REM sleep' dans la littérature anglaise). c- Le sommeil paradoxal Le sommeil paradoxal (SP, REM sleep dans la littérature anglaise) se caractérise par le retour à une activité électroencéphalographique moins ample, proche de celle qui est observée à l'éveil. On observe une activité thêta, parfois des ondes alpha et bêta plus abondantes qu'en sommeil lent, et surtout un graphoélément propre à ce stade, les ondes en dents de scie (train d'ondes à 4 Hz). Deux phases de SP sont distinguées en fonction de l'activité de l'eog : une contenant des bouffées de mouvements oculaires rapides, dénommée SP phasique, et une autre où l'on n'en observe pas, dénommée SP tonique. Enfin, le tonus musculaire est aboli au cours de l'ensemble de ce stade de sommeil. 3- Organisation des différents stades de sommeil au cours de la nuit Le sommeil est un état physiologique qui s'installe périodiquement selon un rythme circadien et qui se caractérise par une alternance des deux états de vigilance, le SP et le SL. La récurrence des périodes de SP détermine un cycle de sommeil, qui va durer entre 90 et 100 minutes, et lui confère son rythme ultradien. Au cours d'une nuit, le dormeur va donc réaliser en moyenne 4 à 6 cycles. Mais les différents stades de sommeil n'ont pas la même importance quantitative ; chez le sujet normal, on rencontre environ 5 % de S1, 50 % de S2, 25 % de SLP et 20 % de SP. De plus, la proportion de chaque stade de sommeil varie au cours de la nuit. Alors que le SLP survient surtout en début de nuit et disparaît en fin de nuit, les phases de SP et de S2 ont tendance à s'allonger tout au long de la nuit. L'évolution temporelle des différents stades de sommeil au cours de la nuit peut être représentée sur un diagramme nommé hypnogramme (voir les exemples figure 2). 17

Figure 2 : Exemples d'hypnogrammes (représentation des stades de sommeil en fonction de l'heure) de 2 sujets, ayant passé une nuit 'normale' (A) avec, entre autre, allongement progressif de la durée des phases de SP et diminution de celles du SLP, et une nuit 'agitée' (B) avec de nombreux réveils et une désorganisation de la structure du sommeil. B- EXPERIENCES MENTALES SUBSISTANT AU REVEIL Parallèlement à la description des différentes phases de sommeil, certaines études électrophysiologiques et comportementales ont eu pour objectif de rechercher à quel(s) stade(s) de sommeil étai(en)t associé(s) les activités mentales et/ou oniriques que le dormeur pouvait rapporter à son réveil. Les premières expériences ont suggéré que l'activité mentale était presque exclusivement liée au SP, et plus précisément aux périodes avec MOR, puisque les rappels de rêves dépassaient 70 % après un réveil au cours de ce stade et n'atteignaient pas 20 % au cours des périodes sans MOR donc en SL (Aserinsky et Kleitman, 1953, Dement et Kleitman, 1957b). Certains auteurs, comme Dement et Kleitman (1957b), ont même proposé que les MOR du SP correspondaient aux mouvements d'observation de la scène onirique. Toutefois, d'autres études ont montré, par la suite, que l'activité mentale du SL n'était pas aussi rare que le suggéraient les résultats précédents, mais que les récits d'activités rapportés après un réveil au cours de ce stade se différenciaient de ceux obtenus après un épisode de SP. D'après Foulkes (1966), les activités mentales obtenues en SL ressembleraient à la pensée de l'éveil, et seraient non hallucinatoires, plus conceptuelles que 'perceptuelles', soumises à un plus grand contrôle de la volonté, et moins affectives. Plus généralement, les activités mentales du SL sont considérées comme des pensées ('thinkings') alors que celles du SP comme des rêves ('dreamings'). Néanmoins, certains auteurs ont observé que les récits d'activités mentales au réveil du SL n'étaient parfois pas distinguables de ceux au réveil du SP. Il faut alors peut être se fier aux résultats de Zimmerman (1970) qui a suggéré que l'activité de type 'rêve' était liée plutôt à la profondeur de sommeil dans laquelle se trouvait le dormeur. Dans son étude, un groupe dit avec un 'sommeil léger' rapportait en effet 3 à 4 fois plus 18

de rêves en SL qu'un groupe dit avec un 'sommeil profond', les deux groupes ne montrant aucune différence pour les réveils en SP. Quoiqu'il en soit, il semble difficile, dans l'état actuel de nos connaissances, d'étudier objectivement un tel phénomène mental. Son étude ne peut, en effet, bénéficier d'explorations directes puisque l'accès au contenu de l'expérience mentale ne peut s'effectuer qu'au cours d'un rappel éveillé. Les résultats sont donc contingentés par l'estimation subjective de l'activité réellement survenue. C- L'ACTIVITE CEREBRALE AU COURS DU SOMMEIL Suite à la caractérisation électroencéphalographique des différents états de vigilance, un certain nombre de travaux ont eu pour but de définir les structures cérébrales qui en étaient à l'origine. Ces données proviennent essentiellement d'études réalisées chez l'animal (approche de type lésionnel, pharmacologique et/ou électrophysiologique cellulaire) et ont permis de proposer des modèles de régulation du cycle veille/sommeil (pour une revue voir Valatx, 1995). Plus récemment, les techniques de neuroimagerie cérébrale (essentiellement la TEP, tomographie par émission de positons), couplées à l'enregistrement EEG, ont été appliquées à des investigations nocturnes chez l'homme. Cette approche, complémentaire des études réalisées chez l'animal, tend à préciser de plus en plus finement la cartographie des régions cérébrales impliquées dans la régulation des différents états de vigilance. La TEP permet de révéler, après l'injection d'eau marquée à l'oxygène radioactif (H2 15 O), les variations régionales de débits sanguins cérébraux (DSC) qui surviennent au cours d'une tâche cognitive particulière ou, pour ce qui nous intéresse, au cours d'un état de vigilance (pour une revue de la méthode voir par exemple Toga et Mazziotta, 2000). L'image obtenue va illustrer les régions qui sont statistiquement les plus ou les moins actives dans une situation donnée, par rapport à une autre condition expérimentale : les images TEP sont, en effet, le résultat de la soustraction de deux conditions, en général entre une situation expérimentale et une condition de 'contrôle'. Toutefois, lorsqu'on s'intéresse aux variations d'activités cérébrales au cours de différents états de vigilance, il n'existe pas de véritable condition de 'contrôle' (à l'éveil le sujet sera toujours impliqué dans un quelconque processus cognitif). Les expérimentateurs sont donc contraints de comparer les états de vigilance entre eux (Braun et coll., 1997 ; Nofzinger et coll., 1997 ; Andersson et coll., 1998 ; Kajimura et coll., 1999) ou de comparer un état par rapport à la moyenne des autres états (Maquet et coll., 1997). Malgré ces difficultés, les résultats obtenus à ce jour sont plutôt concordants avec les données électrophysiologiques obtenues chez l'animal (pour 19

une revue voir Maquet, 2000), comme nous allons le voir dans les paragraphes suivants. 1- Evolution de l'activité cérébrale au cours du sommeil lent Les travaux de l'équipe de Steriade (1990, 1993a,b, 1998), réalisés chez l'animal, ont permis de révéler l'existence de trois 'systèmes' à l'origine d'événements électroencéphalographiques spécifiques du sommeil lent (SL) : (i) les fuseaux de sommeil (activité rapide de type sigma) générés par les neurones gabaergiques du noyau réticulaire thalamique, qui inhiberaient l'activité des neurones thalamocorticaux (et qui pourraient donc empêcher les processus de traitement de l'information extérieure, voir Steriade et coll., 1993a ; Elton et coll., 1997); (ii) les ondes lentes corticales correspondant à la sommation de potentiels inhibiteurs hyperpolarisants des cellules pyramidales ; et (iii) les oscillations corticales très lentes inférieures à 1 Hz, résultant d'une séquence biphasique d'hyperpolarisation et de dépolarisation prolongées, dont le rôle serait de synchroniser l'activité au cours du sommeil lent (Steriade et coll., 1993b ; Amzica et Steriade, 1997). Chez l'homme, les images cérébrales obtenues au cours du SL montrent essentiellement des diminutions du DSC régional, notamment dans les régions qui sont à l'origine des fuseaux de sommeil chez l'animal (pour une revue voir Maquet, 2000). Or, on aurait tendance à penser qu'une région impliquée dans la génération d'un rythme rapide entraîne une augmentation d'activités synaptiques, et donc une augmentation du DSC. Cette contradiction est expliquée par le fait que les durées d'acquisition nécessaires en TEP sont relativement longues (40-120 s) ; il est donc probable que la baisse de DSC observée reflète davantage les fréquentes périodes d'hyperpolarisations cellulaires décrites chez l'animal (et qui impliquent certainement moins d'activité synaptique que les rythmes rapides et désynchronisés de l'éveil), plutôt que les courtes phases d'activités rapides (qui elles nécessitent certainement plus d'énergie cellulaire). Les aires cérébrales contenant une grande proportion de neurones impliqués dans les oscillations synchrones du SL présenteraient donc un DSC régional bas. En effet, les principales études (Maquet et coll., 1997 ; Braun et coll., 1997 ; Andersson et coll., 1998 ; Kajimura et coll., 1999) ont montré des diminutions de DSC régional dans le tronc cérébral, le thalamus et le mésencéphale / hypothalamus basal, structures dont les études chez l'animal ont montré l'implication dans la génération des rythmes du sommeil (Steriade, 1993 ; Steriade et Amzica, 1998). D'autres régions engagées dans les modulations des états de vigilance voient leur débit diminué, telles que (i) les ganglions de la base, dont les afférences du thalamus et du cortex frontal (Macchi et coll., 1984 ; Selemon et Goldman- Rakic, 1985) pourraient moduler l'éveil cortical (Maquet et coll., 1997) ; (ii) le cervelet, qui réduit 20

ses fonctions sensori-motrices ; et (iii) le cortex cérébral, avec : (a) les aires ventromésiales du lobe frontal, comprenant le cortex cingulaire et orbitofrontal, ce dernier étant également impliqué dans la génération des ondes lentes (Sterman et Clemente, 1962), (b) le précuneus (sur la partie médiale du lobe pariétal), et (c) les aires mésiotemporales, où l'hippocampe pourrait participer à l'activité thêta et aux pointes vertex (Chrobak et Buzsaki, 1998). 2- Evolution de l'activité cérébrale au cours du sommeil paradoxal Contrairement au sommeil lent, les études réalisées chez l'animal ont montré que le sommeil paradoxal était caractérisé par une désynchronisation corticale, similaire à celle observée à l'éveil. Elle serait provoquée par les neurones cholinergiques inhibiteurs du tegmentum péribranchial pontique et du noyau magnocellulaire bulbaire qui se projettent sur l'hypothalamus, le noyau basal de Meynert et le thalamus (Steriade et Buzsakri, 1990). De plus, une activité phasique provenant des neurones cholinergiques au niveau du tegmentum pontique serait responsable d'une activité ponto-geniculo-occipitale (PGO) (Jouvet, 1962). Enfin, l'atonie musculaire observée serait la conséquence de circuits hyperpolarisants inhibiteurs des motoneurones de la moelle et des nerfs crâniens oculomoteurs et faciaux (Morales et Chase, 1978). Chez l'homme, les études métaboliques ont montré, contrairement au sommeil lent, une augmentation du DSC régional donc de l'activité neuronale pendant le sommeil paradoxal (Maquet et coll., 1990). Les principales activations rapportées (Maquet et coll., 1996 ; Braun et coll., 1997 ; Nofzinger et coll., 1997) correspondent à celles : (i) de la partie dorsale du tegmentum mésopontique ; (ii) du noyau intralaminaire du thalamus ; (iii) des structures limbiques et paralimbiques, où l'amygdale pourrait participer à l'activité ponto-geniculo-occipitale (PGO) (Smith et Young, 1980) et à la consolidation mnésique (Smith, 1995) ; et (iv) des aires occipito-temporales, peut-être en rapport avec l'activité onirique (Maquet et coll., 1990). Des désactivations corticales ont également été notées, comme dans le cortex pariétal ou dans le cortex frontal, dont le 'silence nocturne' serait à l'origine du manque de recul et de l'altération de la perception du temps rencontrés au cours des rêves (Hobson et coll., 1998). 21

II- LA REACTIVITE DE L'HOMME ENDORMI Toute réactivité à l'environnement dépend non seulement des conditions de réception sensorielle dans lesquelles se trouve le sujet mais aussi de la nature du stimulus extérieur. Cette relation prend toute son importante lorsque le sujet paraît isolé de son environnement, comme c'est le cas au cours du sommeil. C'est pourquoi, nous distinguerons dans ce travail la réactivité générale du dormeur, qui repose sur la profondeur de son sommeil et sur des facteurs individuels, 'situationnels' (les états transitoires comme l'état de santé) et environnementaux, de la réactivité selon la nature de l'excitation sensorielle, dont les qualités physiques et/ou linguistiques vont déterminer son importance individuelle. A- LA REACTIVITE GENERALE A L'ENVIRONNEMENT Les différentes modalités sensorielles peuvent véhiculer des excitations pour le dormeur, qu'elles soient de nature tactile, olfactive, auditive, vestibulaire ou visuelle. Nous nous limiterons, dans la présente revue de la littérature, à l'aspect auditif de la réactivité puisqu'il est le plus susceptible d'atteindre le dormeur en condition physiologique, cette modalité sensorielle ayant été d'ailleurs la plus étudiée (pour des revues voir Bonnet, 1982 ; Muzet, 1995). Comme nous allons le voir dans les paragraphes suivants, la réactivité générale à l'environnement auditif n'est pas homogène tout au long de la nuit, elle est au contraire dépendante de l'état de profondeur du sommeil. De plus, elle est modulée par des facteurs individuels et 'situationnels' et par des facteurs environnementaux. Enfin, ces différents facteurs peuvent entraîner tout un panel de réactions chez le dormeur, allant des simples modifications physiologiques et électrophysiologiques jusqu'à l'interruption même du processus hypnique. Cette revue sera conclue par les études qui se sont intéressées à l'incorporation du stimulus dans l'activité mentale du dormeur et à celles qui ont recherché les capacités d'apprentissage pendant le sommeil. 1- Facteurs influençant la réactivité a- La profondeur du sommeil Chaque dormeur a déjà pu constater que sa réactivité à l'environnement évoluait au cours de la nuit, déterminant de la sorte des moments plus ou moins 'profonds' de sommeil. On doit à Kohlschütter (1862, cité par Muzet, 1995), la première étude visant à déterminer le seuil d'éveil à 22

différents moments du sommeil en fonction de stimulations sonores d'intensité variable. Cet auteur a recherché l'intensité sonore qui réveillait le sujet à différentes heures de la nuit, et trouva une énorme augmentation du seuil d'éveil à la fin de la première heure de sommeil puis une importante diminution de ce seuil à la fin de la troisième heure. Avec l'apparition de l'électroencéphalographie, certains auteurs se sont proposés de corréler l'apparition des événements de l'eeg avec la profondeur du sommeil. Ainsi, selon Blake et Gerard (1937), à un niveau d'excitation sensorielle élevé correspondrait une activité alpha et à un sommeil profond correspondrait une activité delta. Toutefois, cette relation a dû être abandonnée avec la mise en évidence des différents stades de sommeil, notamment le SP. En effet, alors que le SP présente une structure életroencéphalographique très proche du S1, son seuil d'éveil est apparu beaucoup plus élevé qu'en S2 (pour ce qui est des études réalisées chez l'homme). D'autres auteurs ont alors proposé une hiérarchisation de la profondeur de sommeil selon le stade et à différents moments de la nuit. Rechtshaffen et coll. (1966) ont par exemple montré que le seuil d'éveil auditif était le plus élevé au cours du S4, suivi par le SP puis le S2, et que l'éveil était obtenu plus facilement pour ces deux derniers stades au cours de la deuxième partie de la nuit. Cette dernière observation traduirait, selon les auteurs, le fait que pour un stade de sommeil donné, les seuils d'éveil diminuent au fur et à mesure que le temps cumulé de sommeil augmente. Toutefois, ces résultats très hiérarchisés n'ont pas été systématiquement confirmés (voir par exemple Keefe et coll., 1971), ce qui peut être expliqué par la variabilité des facteurs individuels, 'situationnels' et environnementaux, mais aussi par la nature des stimulations employées. b- Les facteurs individuels Un certain nombre de facteurs individuels sont susceptibles d'influencer également la réactivité du dormeur. Par exemple, le seuil d'éveil est connu pour être dépendant de l'âge : des bruits provoquant un simple changement de stade de sommeil chez une population de sujets de 25 ans, entraînent un réveil chez une population de sujets de 75 ans (Kramer et coll., 1971, cité par Bonnet, 1982). De plus, des différences de réactivité entre femmes et hommes ont été obtenues dans l'étude de Lukas (1972), où les jeunes hommes avant 30 ans présentaient un sommeil avec plus d'éveils que les femmes, tendance qui s'inversait après 30 ans. Enfin, l'attitude de chacun de nous envers le bruit ambiant et la motivation à être réveillé par un stimulus donné vont constituer des facteurs de modulations individuelles à la réactivité qu'il ne faut pas négliger (DiNisi et coll., 1990). L'ensemble de ces facteurs a amené certains auteurs, comme Zimmerman (1970), à classer 23

les dormeurs en deux catégories : ceux avec un 'sommeil léger' et ceux avec un 'sommeil profond' (avec un seuil d'éveil plus élevé et moins de somnolence). c- Les facteurs 'situationnels' Aux facteurs précédents peuvent s'ajouter des facteurs 'situationnels'. C'est le cas des modifications de l'état physique du sujet, puisqu'un effort physique important va pouvoir provoquer une fragmentation du sommeil chez les sédentaires et non chez les sportifs (Buguet et Lonsdorfer, 1987). Plus généralement, l'état de santé va jouer un rôle important, les sujet dépressifs présentant un seuil d'éveil plus bas que les non dépressifs (Zung et coll., 1964). De plus, la prise de médicaments peut avoir une influence sur la réactivité, tels que la prise de certains somnifères qui élèvent le seuil d'éveil nocturne (Jonhson et coll., 1979). Enfin, la privation de sommeil, quand elle est totale, augmente sensiblement les seuils d'éveil (Lindsley, 1957 ; Naithoh, 1976). En ce qui concerne l'effet dit 'de la première nuit', c'est-à-dire celui apparaissant lorsque le sujet ne s'endort pas dans son lieu habituel, il est connu pour entraîner un certain nombre de modifications comparativement à une nuit passée au domicile. L'inconfort et la suppression des rituels du coucher ont pour conséquences d'augmenter le temps passé en veille et en somnolence et d'entraîner un grand nombre de changements de stade (Agnew et coll., 1966). De plus, si le dormeur participe à une expérience scientifique, il sera inévitablement dans une situation d'alerte plus élevée. Cet effet sera encore augmenté si on réclame aux sujets des performances comportementales, comme par exemple de se réveiller à un stimulus particulier (Williams et coll., 1966). En conséquence, des variations de réactivité générale vont être observées comparativement à une situation d'endormissement 'normal' et ce phénomène s'amplifiera lorsque l'expérimentateur donnera des instructions et/ou des récompenses aux dormeurs (Zung et Wilson, 1961). d- Les facteurs environnementaux L'environnement immédiat du dormeur va, pour sa part, pouvoir entraîner des modifications dans la structure du sommeil. C'est le cas des conditions de nuisances sonores ou visuelles dans lesquelles peut s'endormir le sujet et qui sont connues pour provoquer une diminution des SLP et SP et une augmentation du SLL et du nombre de réveils (Vallet et Mouret, 1984 ; Terzano et coll., 1990). C'est également le cas des conditions climatiques (de température, de pression, d'humidité, etc.) dans lesquelles s'endort le sujet. Un certain nombre d'études rapportent en effet des 24

modifications dans la structures du sommeil dans les conditions climatiques hostiles pour l'homme, notamment des fragmentations de la structure du sommeil et de nombreux éveils nocturnes (pour une revue voir Buguet, 1995). Enfin, d'autres facteurs plus généraux, tels que les rites culturels, pourraient être à l'origine de réactivités différentes. Le fait par exemple de dormir à plusieurs dans une même pièce, comme cela est le cas chez les natifs Brésiliens Bororo (Reimao et coll., 1999), est peut être à l'origine d'une élévation du seuil d'éveil, comparativement aux populations qui ne dorment qu'en chambre individuelle ou double. Cette voie de recherche n'a pour l'instant fait l'objet, à notre connaissance, d'aucune étude publiée. 2- Conséquences de la réactivité à l'environnement L'application d'un stimulus à un sujet endormi peut entraîner diverses réponses, certaines facilement observables, tels que les mouvements de membres, l'ouverture des yeux et le réveil (Pampiglione et Ackner, 1958), d'autres plus discrètes et localisées, tels que des modifications végétatives et électroencéphalographiques ou le récit d'incorporation des stimulations dans l'activité mentale du dormeur. a- Modifications physiologiques causées par l'environnement Modifications végétatives L'enregistrement des variables physiologiques permet de révéler des réactions végétatives localisées, telles que des variations d'amplitude et de fréquence cardiaques et respiratoires, ou encore une vasoconstriction (VC), recueillie souvent aux extrémités digitales des membres. Pampiglione et Ackner (1958) ont ainsi montré une augmentation de la VC à la présentation répétitive de tonalités aux dormeurs. Il existerait même, selon Williams et coll. (1964), une relation linéaire entre l'augmentation de la VC des doigts et l'intensité du stimulus, une plus haute VC étant obtenue au cours du SP puis du S2 et du SLP pour une même intensité. En ce qui concerne la respiration, sa fréquence serait, selon Johnson et Lubin (1967), diminuée en SL et augmentée en SP après le présentation d'un stimulus. Toutefois, ce résultat n'a pu être confirmé par la suite par Keefe et coll. (1971). La fréquence cardiaque serait; quant à elle, augmentée progressivement avec l'intensité des stimulations utilisées, aussi bien en SP qu'en SL (Keefe et coll., 1971). 25

Modifications électroencéphalographiques De façon générale, les stimulations auditives entraînent une désorganisation de la structure électroencéphalographique du sommeil, avec une diminution des périodes de SLP et SP et une augmentation du SLL et du nombre de réveils (Vallet et Mouret, 1984 ; Terzano et coll., 1990). L'enregistrement de l'activité électrique cérébrale permet également de révéler l'apparition de graphoéléments spécifiques. Loomis et coll. (1938, 1939) et Davis et coll. (1939) ont ainsi remarqué que des complexes K (CK), macroévénements spécifiques du sommeil lent, pouvaient apparaître en réponse aux stimulations. On doit à Halász (1993) une classification systématique des réponses électrophysiologiques obtenues après une stimulation. Quatre types de modifications pourraient selon lui apparaître : un simple CK, pas plus long que 2 s et non accompagné d'activités sigma ou delta ; un CK suivi (ou concomitant) d'une activité sigma ; un CK suivi (ou concomitant) de bouffées alpha ; et un CK suivi par d'autres CK ou par une activité delta. Enfin, des réponses électrophysiologiques non observables par la simple lecture de l'eeg, mais devenant visibles seulement après le moyennage de plusieurs tracés, par la technique des potentiels évoqués, peuvent être mises en évidence après un stimulus et révéler le 'chemin' neuronal du traitement de l'information (du nerf auditif jusqu'au cortex). Elles feront l'objet du chapitre suivant. Hiérarchie d'apparition des réactions D'après les travaux de Keefe et coll. (1971), les modifications végétatives et électroencéphalographiques observées pendant le sommeil après des tonalités ne seraient visibles qu'à partir de 5 à 10 db au dessus du seuil auditif d'éveil. Les premières manifestations alors obtenues seraient d'ordre électroencéphalographique, telle que l'apparition de CK (25 à 30 db au dessous du seuil d'éveil). En augmentant l'intensité de la stimulation, on observerait ensuite des réponses vasomotrices (vasoconstriction des extrémités des doigts) (15 à 20 db au dessous du seuil d'éveil), puis des réponses cardiaques (augmentation de la fréquence) (5 à 20 db au dessous du seuil d'éveil). Enfin des réponses électrodermales (potentiels et résistance de la peau) et une baisse de la fréquence de respiration, surviendraient en même temps que le réveil provoqué. Cette hiérarchie serait constante quel que soit le stade de sommeil. 26

b- Incorporation des stimulations dans l'activité mentale / onirique au cours du sommeil Un certain nombre d'études (Foulkes, 1966 ; Zimmerman, 1970 ; Bradley et Meddis, 1974 ; Burton et coll., 1988) ont montré, par des questionnaires présentés après un réveil, que des tonalités envoyées à un dormeur pouvaient être intégrées dans son activité mentale ou onirique, en particulier au cours du S2 et du SP. De plus, il a été établi : (i) que la réponse comportementale (par exemple une inspiration) aux stimulus extérieurs était réduite lorsque le dormeur rapportait ensuite une activité cognitive, comparativement à lorsqu'il n'en rapportait pas (Foulkes, 1966 ; Burton et coll., 1988) ; (ii) que la réponse comportementale aux stimulus extérieurs était réduite lorsqu'ils étaient incorporés dans l'activité mentale (Bradley et Meddis, 1974 ; Burton et coll., 1988). Par exemple, Burton et coll. (1988) ont montré que, si l'on demandait à un sujet d'effectuer une inspiration profonde pendant son sommeil, au cas où il entendrait un stimulus donné, cette réponse était atténuée lorsque le sujet intégrait la stimulation dans son activité mentale ou onirique. Ce résultat renforce donc l'hypothèse de Freud selon laquelle l'une des fonctions du rêve serait de protéger le sommeil de l'intrusion de stimulations extérieures 1. (iii) que la réactivité était la même lorsqu'il n'y avait pas d'incorporation du stimulus ou lorsque le dormeur rapportait une activité cognitive, suggérant que la réduction de réactivité était associée à une activité cognitive seulement lorsque l'incorporation du stimulus avait lieu (Burton et coll., 1988). c- Apprentissage pendant le sommeil Enfin, les données sur l'incorporation hypnique de stimulus amènent à s'interroger sur la capacité d'apprentissage pendant le sommeil (dénommée hypnopédie). Un certain nombre d'auteurs, en particulier soviétiques, ont défendu, au cours des années 1960, qu'il était possible de percevoir et d'apprendre un texte pendant le sommeil (pour une revue voir Hoskovec, 1966). 1 Freud, dans son Die Traumdeutung (1926), affirmait Tous les rêves sont des rêves de commodité, faits pour nous permettre de continuer à dormir. Le rêve est le gardien du sommeil et non son perturbateur. Plus loin, il met en évidence la possibilité qu un stimulus soit intégré dans l activité mentale afin de préserver le sommeil : Ou bien l esprit néglige les sensations qui lui sont données pendant le sommeil (quand leur intensité et leur sens, qu il comprend, lui permettent), ou bien le rêve lui sert à les repousser, à les dépouiller de leur valeur, ou enfin, s il doit les reconnaître, il s efforce de les interpréter de manière qu elles forment une partie d une sensation souhaitée et compatible avec le sommeil. 27

Selon Kulikov (1964, cité par Hoskovec, 1966) par exemple, le phénomène d'hypnopédie serait possible chez les dormeurs qui présentent une sensibilité à l'hypnose et à qui l'on suggère, pendant la nuit, de bien mémoriser ce qu'ils vont entendre. Les dormeurs seraient, dans ces conditions particulières, à même de rappeler le contenu du texte au réveil, sans pour autant pouvoir identifier la source de cet apprentissage. Par contre, ce phénomène d'hypnopédie n'apparaîtrait pas chez les sujets à qui aucune suggestion hypnotique n'a été induite avant l'envoi des stimulations à apprendre. Malgré la description de diverses performances nocturnes (apprentissage d'un texte, d'une leçon, voire même d'une langue), cette voie de recherche a reçu un accueil plutôt défavorable de la part de la communauté scientifique, avec des critiques centrées sur les aspects méthodologiques. Globalement, ces études n'auraient pas été suffisamment standardisées pour être reproduites. De plus, il apparaît que les états de vigilance n'ont pas été suffisamment contrôlés, la plupart des travaux n'ayant enregistré que l'activité musculaire et pneumographique. Enfin, pour certaines études, les résultats proviendraient d'autoexpérimentation. B- REACTIVITE SELON LA NATURE DU STIMULUS Au delà de la réactivité générale à l'environnement, le dormeur apparaît sensible à la qualité des stimulus. Outre le fait qu'à un niveau d'intensité relativement fort un son simple va entraîner un réveil, certains sons ou mots peuvent engendrer une réaction adaptée, alors que d'autres stimulations comparables ne créeront aucune modification apparente. De plus, chaque dormeur ne réagit pas de la même façon envers un même stimulus, la valeur intrinsèque et subjective de celui-ci étant propre à chaque individu. Dans les paragraphes suivants, nous nous proposons de décrire les éléments de la stimulation qui peuvent jouer un rôle déterminant dans l'interaction dormeurenvironnement, et nous discuterons des réelles capacités d'intégration sensorielle du dormeur. Avant cela, nous nous proposons de caractériser précisément les différents éléments associés à une stimulation, que ce soit un son ou un mot, en prenant le parti de définir ces éléments par des termes parfois arbitraires. 1- Rappels sur les éléments constitutifs d'un son ou d'un mot a- Les apports de la linguistique Dans le but de caractériser précisément les différents éléments constitutifs d'un son, nous nous 28

proposons d'emprunter les définitions de Ferdinand de Saussure (1916) qui voyait en chaque mot (ou signe linguistique), la combinaison de deux éléments intimement unis et [qui] s'appellent l'un l'autre, d'une part l'image acoustique et d'autre part le concept, dénommés respectivement signifiant et signifié. Ajoutons que le mot (au moins en ce qui concerne les noms communs) a pour fonction de représenter un ensemble de 'choses' regroupées sous le même concept (ou une classe d'objets extralinguistiques, concrets ou abstraits, auxquels renvoie le signe) que l'on appelle son référent (voir aussi la discussion sur l'existence ou non de référents pour les noms propres au Chapitre Trois, paragraphe V). Dans le cadre de l'expérimentation psychophysiologique, il est fait usage, pour ces deux éléments, des termes aspects physiques et signification car ils correspondent aux données objectivables du son (mesurables et définissable à partir du son lui-même). Toutefois, nous emploierons le plus souvent la nomenclature de Saussure car elle respecte davantage les impressions psychologiques de l'expérience auditive. Les aspects physiques du son correspondent en effet à des données qui sont mesurables à partir du son lui-même (tels que sa fréquence ou son intensité) alors que l'image acoustique (ou signifiant) représente la perception réelle du son par l'individu, c'est-à-dire l'impression psychologique qui en découle (telles que la force, la hauteur) et qui dépend de l'ensemble des expériences vécues par le sujet. De la même façon, la signification d'un mot est la définition acceptée par l'ensemble d'une communauté linguistique alors que le sens (ou signifié) est le concept que chacun de nous lui attribue 2. De façon similaire, les sons (qui ne sont pas des mots) possèdent une image acoustique (par extrapolation nous emploierons le terme signifiant), mesurable par sa forme fréquentielle, son intensité, sa durée de montée ('rise time'), sa 'saillance' (intrusion par rapport au fond sonore), et vont pouvoir acquérir un sens (par extrapolation nous emploierons le terme signifié) dans un contexte particulier. Ce 'sens' va émerger parce que le son est considéré comme important (associé à un besoin, une alerte, une nouveauté dans le son ambiant), tels que le cri d'un nouveau né pour la jeune maman ou un son cible acquis par conditionnement. L'extrapolation des termes signifié et signifiant aux sons qui ne sont pas des mots nous oblige donc à considérer, tout au long de notre exposé, le terme sémantique comme étant un concept général qui 2 Cette distinction est empruntée à Vygotsky (1975) pour qui : Le sens d un mot est la somme de tous les événements psychologiques éveillés en notre conscience par le mot. C est un tout dynamique, fluide, complexe comportant différentes zones d inégales stabilités. La signification est seulement l une des zones du sens, la plus stable et la plus précise. Un mot acquiert son sens en fonction du contexte et change de sens en fonction de celui-ci ; la signification reste stable. La signification du dictionnaire n est rien de plus qu une pierre dans l édifice du sens, rien de plus qu une potentialité qui trouve sa réalisation dans le langage. 29

regroupe à la fois l'analyse stricte du sens d'un mot ('vouloir dire') et l'analyse plus générale du sens des choses ('être le signe de'). b- Les apports de la neuropsychologie Dans le cadre des observations des désordres neuropsychologiques, différents éléments constitutifs des mots ont également pu être dissociés. Cette nomenclature recoupe en partie la distinction de Saussure et repose sur l'hypothèse que si une région cérébrale lésée entraîne le déficit spécifique d'une fonction linguistique cela suggère que la région est impliquée, voire à l'origine, de la fonction. Depuis les travaux fondateurs de Wernicke (1874) et Charcot (1884), qui distinguaient déjà un 'centre' de l'analyse acoustique d'un autre spécifique de l'image auditive des mots, l'analyse des déficits de patients aphasiques a permis de mettre en évidence des troubles linguistiques très spécifiques (Geschwind et coll., 1968 ; McCarthy et Warrington, 1984). En ce qui concerne la compréhension du langage parlé, l'analyse des désordres neuropsychologiques a permis d'associer certaines structures cérébrales à des fonctions linguistiques très précises (pour des revues voir Zatorre et Binder, 2000 ; Grabowski et Damasio, 2000). Il en résulte que l'écoute d'un mot impliquerait, simultanément ou de façon sérielle : - son analyse acoustique (dans les aires auditives primaires), - son traitement phonologique, c'est-à-dire l'identification de ses phonèmes, les plus petites unités de son (dans l'aire de Wernicke, le cortex insulaire et/ou le gyrus supramarginal), et - son traitement lexico-sémantique (dans le cortex associatif de l'hémisphère gauche). Des analyses intermédiaires à ces grandes fonctions seraient nécessaires, tels que l'élimination des variations de prononciation (liées à la voix, à l'accent, à la vitesse d'émission, etc.) lors de l'identification des phonèmes, la consultation du stock (lexique) des représentations phonologiques des mots, les processus associatifs sous-tendant la sémantique (et dont les connaissances pourraient être organisées par catégorie), etc. Parallèlement aux analyses précédentes, ou de façon sérielle, la compréhension de l'ensemble des mots, regroupés en phrase par exemple, et de leur rapport sémantique, nécessiterait une analyse intégrative, via les traitements grammaticaux et syntaxiques. Ces analyses, qui seraient assurées par de vastes réseaux associatifs distribués au sein des deux hémisphères, permettraient ainsi d'assurer la comparaison du sens d'un mot au contexte phrastique. L'ensemble de ces résultats a permis de proposer un certain nombre de modèles 30

neuropsychologiques du traitement des mots entendus, dont celui de Morton et Patterson (1980), que nous nous proposons d'étendre à l'analyse des sons (figure 3). flux auditif ANALYSE ACOUSTIQUE son mot COMPARAISON AU LEXIQUE ACOUSTIQUE (comme les notes, etc.) ANALYSE PHONOLOGIQUE * reconnaissance des phonèmes * éliminations des variants (accent, intonation, etc.) * accès au lexique (stock représ. phonologiques) ANALYSE DU SENS (pour un son cible et/ou important) ANALYSE SÉMANTIQUE (processus associatif entre mots, etc.) ANALYSES GRAMMATICALE ET SYNTAXIQUE (mémoire de travail) Figure 3 : Modèle neuropsychologique d'analyse d'un son (adapté de Morton et Patterson, 1980). 2- Influence du stimulus sur la réactivité a- Influence du signifiant L'intensité du son est un élément déterminant de la stimulation, qui va pouvoir, à partir d'un certain seuil, entraîner un réveil (revoir paragraphe II.A.1.a). La fréquence acoustique du son pourrait également provoquer diverses modifications. Levere et coll. (1973, 1974) ont ainsi remarqué au cours du SLP une tendance à se réveiller plus facilement aux basses fréquences comparativement aux hautes fréquences. Weir (1976), de son côté, a constaté une augmentation de 31

la réactivité des nouveaux nés endormis plus importante pour les fréquences situées autour de celles du langage (120 à 250 Hz). Le dormeur pourrait donc restreindre sa fenêtre réceptive aux stimulations ressemblant aux mots, c'est-à-dire aux stimulations pouvant véhiculer un sens ou un message important. Par contre, en ce qui concerne l'influence de la durée de montée du son, les résultats sont contradictoires, certains auteurs pensant que ce sont les montées rapides qui influencent le plus le dormeur en SLP (Levere et coll., 1976) alors que se seraient les lentes pour d'autres (Oswald et coll., 1960). b- Influence du 'signifié' d'un son Les stimulations qui se répètent au cours des nuits, et dont le sujet s'accommode par habituation, ne vont pas avoir la même répercussion sur la réactivité du dormeur que les sons nouveaux. Alors que la survenue de sons habituellement présents au cours de la nuit (tels que le passage d'une voiture dans la rue) va rarement influencer le dormeur, la saillance de sons moins familiers et/ou jugés personnellement importants (tel que le cri d'un bébé) va entraîner plus facilement des réactions comportementales, comme le souligne assez bien Adrian (1937, cité par Brain, 1958). Même si sa vision du traitement de l'information peut paraître simpliste, son intuition pour l'importance de la nouveauté reste intéressante : Un bruit saillant qui n'a aucune importance pour le dormeur va transiter par le nerf auditif, comme cela est le cas habituellement, mais va seulement produire une réponse transitoire et localisée au niveau du cortex [...] Les sons non familiers réveillent le dormeur car le message afférent atteint le cortex et est jugé comme important. L'étude de Formby (1967), au sein même d'une maternité, illustre également bien cette notion d'importance subjective d'un son, puisque les jeunes mamans se réveilleraient préférentiellement au cri de leur propre enfant qu'à celui d'un autre enfant dans 96 % des cas, et ce dès le quatrième jour! Ces résultats suggèrent l'existence à la fois d'un phénomène d'apprentissage aux stimulations jugées importantes et d'un phénomène d'habituation aux stimulations monotones ou familières au cours du sommeil. La disparition apparente des réponses aux stimulations répétitives favorise sans doute un sommeil stable et empêche que le dormeur ne se réveille à des stimulations couramment entendues au cours de la nuit. Néanmoins, cette disparition de réponses comportementales n'implique pas que les stimulations monotones ne sont pas analysées. Au contraire, si le cerveau est à même d'entraîner ou pas un réveil, c'est qu'il a été capable de juger la valeur subjective du stimulus avant cette 32

réaction, donc il nous semble certain qu'il peut traiter une information sans pour autant entraîner une réponse comportementale apparente. c- Influence du signifié d'un mot Chaque dormeur va réagir individuellement à des mots, selon son propre intérêt, c'est-à-dire selon le sens intrinsèque qu'il tire de chaque stimulus. Comme le soulignait déjà très bien Burdach en 1830 (cité par Freud, 1926), un mot indifférent n'éveillera pas le dormeur, mais il s'éveillera si on l'appelle par son nom. Cette observation fut plus tard mise en évidence expérimentalement par l'équipe d'oswald (1960), qui remarqua plus de réveils après le propre prénom du dormeur, comparativement à d'autres prénoms. Il serait également possible d'observer des différences en ce qui concerne les latences de réveils, qui seraient améliorées pour des stimulations détenant un sens (Langford et coll., 1974), et de décrire des variations plus subtiles sur le plan végétatif selon la nature sémantique du stimulus. McDonald et coll. (1975) ont ainsi pu observer, au cours du S2 et du SP, des augmentations de la vasoconstriction au niveau des doigts et du rythme cardiaque pour le propre prénom comparativement à des prénoms quelconques ou à des tonalités (mais aucune modification des potentiels et résistance de la peau). Les réponses électroencéphalographiques aux stimulations détenant un sens ont montré des résultats plus incertains : alors que Oswald et coll. (1960) ont obtenu plus de complexes K en réponse au propre prénom qu'après d'autres prénoms, l'étude de McDonald et coll. (1975) a mis en évidence un effet inverse, à savoir une augmentation limitée de la fréquence d'apparition des complexes K après d'autres prénoms comparativement au prénom du dormeur. Il n'est donc pas évident, contrairement à ce qu'affirme Oswald et coll., que le complexe K en tant que tel (c'est-à-dire l'ensemble de ses composantes) indexe le traitement discriminatif de stimulations qui ont un sens pour le dormeur. 3- Limitations des études ayant recherché l'influence du sens des stimulations sur la réactivité Les capacités du dormeur à réagir spécifiquement à un son (comme le cri d'un bébé), ou même à un mot (comme le propre prénom), suggèrent qu'il perdure au cours du sommeil une véritable sélection de l'information pertinente, établie sur des critères d'importance intrinsèque et subjective de la stimulation. Le dormeur, pourrait donc, au-delà de la détection de l'image acoustique (signifiant) des stimulations, détecter également leur sens (signifié), au moins lorsque ces stimulations constituent une excitation émotionnelle importante. 33

Toutefois, compte tenu de la nature des stimulations employées dans les études précédentes (cri d'enfant, propre prénom), on peut se demander dans quelle mesure les mécanismes neuronaux de discrimination engagés sont très élaborés. En effet, les réponses électrophysiologiques et comportementales obtenues pourraient être la conséquence d'un traitement sensoriel très simple et probablement automatisé, plutôt qu'à un réel traitement sémantique des stimulations. A ce titre, il est intéressant de souligner une étude de Bremer (cité par Boisacq-Schepens et Crommelinck, 1978) qui a montré que le réveil de chiens pouvait se faire de façon spécifique après stimulation par leur propre nom (réaction qui disparaissait après destruction des aires auditives du cortex). Cela suggère que le chien était conditionné par son propre nom, et non qu'il était à même de comprendre le sens de ce mot. De plus, si les études comportementales et d'électroencéphalographie non moyennée décrites dans ce chapitre fournissent des renseignements rapides et fiables sur l'existence ou non d'une intégration sensorielle, elles ne nous aident pas à identifier les mécanismes cérébraux qui accompagnent l'analyse du stimulus. En effet, ce type d'approche ne permet pas de mettre en évidence les variations cérébrales minimes et transitoires qui sont associées à l'intégration sensorielle pendant le sommeil. Il est nécessaire, pour cela, de mettre en oeuvre des études employant des outils de mesure plus précis, qui permettent de dégager les mécanismes neuronaux ponctuels survenant en réponse à des stimulations contrôlées, telle que la technique des potentiels évoqués décrite dans le chapitre suivant. 34

CHAPITRE DEUX Etudes électrophysiologiques de l'intégration de stimulations auditives à l'éveil et au cours du sommeil Si les études comportementales fournissent des renseignements rapides et fiables sur l'existence ou non d'une intégration sensorielle pendant le sommeil, elles ne permettent pas d'appréhender les mécanismes cérébraux qui accompagnent cette détection. A cette fin, il est nécessaire d'employer des outils plus sensibles, qui sont capables de mettre en évidence des modifications minimes et transitoires du cerveau survenant en réponse à des stimulations sensorielles. Parmi les différentes techniques d'investigation chez l'homme, les outils électrophysiologiques fournissent des renseignements temporels très précis sur l'activité électrique cérébrale tout en étant d'un usage simple et non invasif. Nous avons, dans le chapitre précédent, déjà fait référence à la technique électrophysiologique de base, à savoir l'électroencéphalographie (EEG) non moyennée, qui permet de recueillir l'activité électrique cérébrale globale et qui est utile surtout à la différentiation des divers état de vigilance (voir Chapitre Un). Une deuxième technique, dérivée de l'eeg, permet de mettre en évidence les microéléments (inférieurs à 10 µv) de l'eeg évoqués spécifiquement par une stimulation. Cette méthode, basée sur un principe de moyennage de tracés EEG obtenus après une stimulation donnée (pour une revue voir Guérit, 1993 ; Mauguière, 1995), est connue sous le nom de technique des Potentiels Evoqués (PE). I- EXPLORATION DE L'INTEGRATION AUDITIVE DIURNE PAR LA TECHNIQUE DES POTENTIELS EVOQUES A- RAPPEL DES DIFFERENTS OUTILS D'INVESTIGATION DE L'ACTIVITE CEREBRALE Les différentes techniques d'investigation de l'activité cérébrale chez l'homme peuvent être classées en deux grands groupes, complémentaires, dont l'usage se fait en fonction de la question scientifique posée. Alors que l'un peut fournir des informations anatomiques très précises mais avec 35

une résolution temporelle plutôt médiocre, l'autre renseigne précisément sur le décours temporel des événements cérébraux sans pouvoir atteindre la précision spatiale des techniques précédentes (pour une revue voir Toga et Mazziotta, 2000). Parmi le premier groupe des techniques, la tomographie par émission de positons (TEP) permet l'étude fonctionnelle, aussi bien physiologique que biochimique, du cerveau humain. Son principe repose sur l'injection d'une molécule, par exemple un substrat d'une voie métabolique comme le glucose, dans laquelle un isotope radioactif a été introduit à la place de l'élément naturel. La désintégration radioactive de cet isotope, émetteur de positons, aboutit à l'émission de rayons gamma qui sont détectables et quantifiables à l'extérieur de l'organisme. La TEP permet de fournir des renseignements quant au métabolisme régional, à la densité de récepteurs d'un neurotransmetteur, ou à la perfusion sanguine du cerveau lors de la réalisation d'une tâche (sensorielle, motrice, cognitive, etc.). Toutefois, si cette technique permet de nous renseigner sur les régions cérébrales activées au cours d'une tâche particulière, et cela d'une façon relativement précise (résolution spatiale de l'ordre de 5 millimètre), elle présente une très faible résolution temporelle. En effet, l'image obtenue en TEP correspond à une activité 'moyenne' du cerveau, acquise pendant une période d'une minute, voire même d'une heure. De plus, cette technique est relativement invasive (injection de molécules radioactive) et onéreuse (production des molécules et participation de nombreux experts : chimistes, informaticiens, médecins). Certains chercheurs commencent donc à se tourner vers une autre technique, à forte résolution spatiale, qui offre de nouveaux avantages par rapport à la TEP. Cette technique, appelée imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), permet une meilleure résolution temporelle (inférieure à la seconde) et ne nécessite pas d'injection de produit de contraste. Son principe repose sur le fait que la déoxyhémoglobine, confinée à l'intérieur des globules rouges, se comporte comme un traceur paramagnétique (elle possède 4 électrons célibataires) endogène du courant circulatoire. Les variations de la teneur locale en déoxyhémoglobine, modulées par les variations d'oxygénation du sang (ou variations du signal BOLD, pour Blood Oxygen Level Dependent), créées des modifications magnétiques qui sont alors détectées par l'irmf. Ainsi, cette technique permet d'imager les variations de signal d'origine vasculaire qui sont causées par les changements de l'activité mentale. De plus, la plus grande résolution spatiale et l'acquisition simultanée d'une IRM morphologique rendent cette technique appropriée pour l'étude des données individuelles, ce qui est rarement le cas en TEP. Toutefois, il ne faut pas oublier que, si l'irmf offre de nouvelles possibilités d'exploration du cerveau humain, elle reste pour l'instant incapable, contrairement à la TEP, d'étudier la neurochimie du cerveau et les états stables. 36

L'un des grands inconvénients des deux techniques précédentes est donc qu'elles sont relativement peu précises quant au décours temporel des activités neuronales. C'est pourquoi, lorsque l'expérimentateur s'interroge sur le déclenchement ou le déroulement de processus mentaux, comme la perception ou le traitement cognitif de stimulations, il va plutôt employer un deuxième groupe de techniques, qui reflète l'activité électrique cérébrale au cours du temps. Les variations d'activité électrique des neurones vont donner naissance à des fluctuations de différences de potentiel entre deux points du scalp, dont l'enregistrement constitue le principe de base de l'électroencéphalographie (EEG). Cette même activité électrique provoque également des fluctuations du champ magnétique au voisinage de la surface du scalp, dont l'enregistrement constitue, pour sa part, le principe de la magnétoencéphalographie (MEG), d'un usage beaucoup plus récent. Les grands avantages de ces deux techniques sont qu'elles permettent de mettre en évidence des événements cérébraux très précis (de l'ordre de la milliseconde) et qu'elles sont d'un usage simple et non invasif (pas d'injection de traceurs). Toutefois, EEG et MEG ne fournissent qu'une information de surface ; il est donc difficile de connaître avec précision quelles sont les sources intra-cérébrales des activités recueillies sur le scalp. Cette faible résolution spatiale est partiellement compensée par l'existence d'outils mathématiques de reconstitution des sources intracérébrales, et par les enregistrements intra-cérébraux (voir Chapitre Cinq). Dans le cadre de notre thèse, nous souhaitons rechercher des marqueurs cérébraux d'une éventuelle détection différentielle de stimulus possédant un sens. Or, les processus cérébraux de détection et d'identification de l'information sensorielle se déroulent, pour la plupart, dans les 500 ms qui succèdent la présentation du stimulus. Nous nous sommes donc, pour cette thèse, adressé à la technique de l'eeg (dont les données, à l'éveil, constituent une base théorique plus importante que la récente utilisation de la MEG) pour apporter des éléments pertinents à notre problématique. B- RAPPEL DES PRINCIPES DE LA TECHNIQUE EEG ET DES POTENTIELS EVOQUES L'électroencéphalographie (EEG) repose sur l'enregistrement de l'activité électrique cérébrale et s'obtient couramment en fixant des électrodes sur le scalp ; le premier enregistrement chez l'homme est dû à Berger (1929) sur un sujet trépané. Le signal EEG correspond à la somme des activités neuronales, essentiellement post-synaptiques, représentées sur un axe temporel. Visuellement, le signal enregistré se traduit par des tracés représentant une dynamique temporelle de différences de potentiels entre deux électrodes. Deux types de montage sont couramment utilisés : (i) soit des montages bipolaires, où le signal correspond à la différence de potentiels 37

obtenue entre deux électrodes du scalp, (ii) soit des montages dits 'référentiels' où le signal représente la différence de potentiels obtenue entre chaque électrode du scalp et une électrode commune, que l'on essaie de garder aussi neutre que possible par rapport à l'activité cérébrale. Généralement, l'eeg est employée pour détecter des activités cérébrales anormales (comme les décharges neuronales chez l'épileptique) ou pour connaître l'état de vigilance dans lequel se trouve le sujet enregistré. La technique EEG est par contre mal adaptée pour étudier les mécanismes neuronaux ponctuels, qui ne correspondent qu'à des variations électriques à la fois minimes (en voltage) et transitoires (dans le temps), telles que celles reflétant l'analyse sensorielle d'un stimulus. En effet, alors qu'une déflexion électrique consécutive à un stimulus ne va pas excéder quelques dizaines de microvolts (µv), le signal EEG de 'fond' est lui jusqu'à 10 fois plus élevé. Les réponses neuronales localisées sont par conséquent 'noyées' dans le bruit de fond que constitue l'activité de tous les neurones et ne peuvent donc être dégagées par la simple lecture de l'eeg. Figure 4 : Principe d'obtention des PE par moyennage ; alors que les potentiels sont 'noyés' dans le tracé EEG du haut, ils sont de plus en plus apparents après moyennage d'un nombre croissant de 'morceaux' d'eeg débutant par le même stimulus (adaptée de Guérit, 1993). 10 S : moyennage de 10 stimulus 40 S : moyennage de 40 stimulus 160 S : moyennage de 160 stimulus. En supposant que les différents événements électriques provoqués par une stimulation correspondent à l'activité de populations de neurones spécialisées dans le traitement de cette stimulation, ces événements devraient réapparaître systématiquement et à la même latence temporelle, à chaque application de cette stimulation. Ainsi, en additionnant électroniquement différents 'morceaux' d'eeg obtenus après un même stimulus répété un grand nombre de fois, et en faisant coïncider les moments où la stimulation a été appliquée, les événements électriques 38

propres (récurrents) au traitement de cette stimulation vont pouvoir se dégager, alors que les événements électriques aléatoires et non dépendants de ce traitement vont, à force de superposition, s'annuler entre eux (figure 4). Cette technique de sommation, puis de moyennage de l'eeg, développée par Dawson en 1951 et dénommée technique des Potentiels Evoqués (PE), permet de diminuer le bruit de fond, c'est-à-dire d'améliorer le rapport signal sur bruit, et de rendre ainsi visible les réponses sensorielles 'cachées' au sein de l'eeg. A la suite du moyennage, des séries de déflexions (ou potentiels ou composantes) positives ou négatives en voltage vont se succéder dans le temps, dès le début de l'application du stimulus, et ainsi refléter le 'chemin neuronal' emprunté par la stimulation. Ces potentiels évoqués sont caractéristiques du type de stimulus utilisé, de sa modalité sensorielle, et sont le reflet de l'activation consécutive des voies afférentes périphériques et sous-corticales, et des aires corticales. C- LES GENERATEURS CEREBRAUX DES POTENTIELS EVOQUES Les potentiels recueillis sur le scalp sont la résultante d'activités électriques se produisant au sein de structures neuronales et reflétant l'activité électrique post-synaptique (essentiellement des modifications de concentrations ioniques) de chaque neurone de cette structure (Elul, 1972). Au sein des structures neuronales actives, vont se développer des champs électriques qui obéissent au 'principe de superposition', selon lequel le champ résultant de l'activité simultanée de plusieurs neurones constitue la somme vectorielle des champs produits par chaque activité neuronale isolée (pour une analyse plus détaillée voir Guérit, 1993, chap. 1). Figure 5 : Distribution sur le scalp des champs produits par un dipôle tangentiel (parallèle à la surface du scalp donc correspondant à l'activité située dans les sillons) dont la source se trouve entre les maximums positifs et négatifs, et par un dipôle radial (perpendiculaire à la surface du scalp donc correspondant à l'activité située dans les gyrus) dont seule l'extrémité négative ou positive est traduite sur le scalp (adaptée de Guérit, 1993). 39

Le champ global généré par les structures neuronales peut alors être expliqué comme étant le résultat d'un dipôle théorique (ou 'dipôle équivalent'), possédant : (i) une même quantité de charges positives et négatives séparées par une certaine distance, (ii) une certaine orientation à l'intérieur de la boîte crânienne (qui conditionne la distribution à la surface du scalp comme cela est illustré à la figure 5), et (iii) une organisation des champs produits par chaque neurone en structures plus ou moins ouvertes. Cette dernière propriété va conditionner l'apparition d'un signal sur le scalp, puisque les structures présentant une configuration dite en 'champ fermé', où les neurones sont regroupés en diverses orientations et dont les dipôles élémentaires s'annulent (cas des noyaux sous-corticaux et de l'amygdale), vont donner lieu à un dipôle équivalent nul, alors que les structures présentant une configuration dite en 'champ ouvert', où les neurones sont orientés parallèlement (cas de la majeure partie du cortex), vont donner lieu à un dipôle équivalent dont l'activité est enregistrable à distance, et modélisable (figure 6). Figure 6 : Exemples de structures à 'champ ouvert', où la résultante de tous les dipôles élémentaires forme un dipôle équivalent parallèle à chaque dipôle élémentaire, et à champ fermé, où tous les dipôles élémentaires s'annulent (adaptée de Lorente de No, 1947). Il est relativement difficile, à partir de la distribution sur le scalp d'un potentiel, de connaître précisément la position intracrânienne de son ou de ses générateurs. Quatre approches complémentaires permettent d'appréhender au mieux la localisation de ces dipôles. Il est possible, par exemple, de comparer les potentiels obtenus chez des sujets sains avec ceux de patients ayant des lésions cérébrales bien localisées. Les modifications observées seront ainsi des indices des structures cérébrales engagées dans la génération des composantes de scalp. Une autre approche consiste à modéliser mathématiquement les dipôles à partir des données EEG du scalp (approche connue sous le nom de 'résolution du problème inverse'), en posant des hypothèses de base quant au nombre de générateurs et quant aux structures anatomiques concernées (afin de limiter le 40

nombre de solutions, théoriquement infini, d'une distribution à la surface du scalp). Les modélisations obtenues à partir des données EEG peuvent également être comparées à celles obtenues à partir des données de la magnétoencéphalographie (MEG), technique qui repose sur l'enregistrement des champs magnétiques des neurones (et plus particulièrement des sources tangentielles situées dans les sillons). Enfin, il est possible de réaliser des enregistrements électrophysiologiques intracrâniens (SEEG, stéréo-électroencéphalographie), dans le cadre d'exploration neurochirurgicale (comme cela est le cas en épileptologie pour localiser les foyers de décharge des patients), et de comparer les potentiels obtenus avec ceux recueillis en surface. La difficulté méthodologique à retrouver les sources neuronales à l'origine des potentiels de scalp est donc compensée partiellement par la diversité des approches existantes, mais également par la possibilité d'interpréter les résultats en fonction des données anatomiques obtenues tant chez l'animal que chez l'homme, par la tomographie par émission de positons (TEP) ou l'imagerie fonctionnelle par résonance magnétique (IRMf). D- LES POTENTIELS EVOQUES AUDITIFS D'EVEIL Les potentiels évoqués auditifs (PEA) sont regroupés en fonction de leur latence d'apparition. On distingue généralement trois grandes familles de réponses : les PEA précoces (ou PEA du tronc cérébral), les PEA de latence moyenne, et les PEA tardifs (figure 7) (pour des revues voir Picton et coll., 1974 ; Guérit, 1993, Mauguière, 1995). 1- Les PEA précoces et de latence moyenne La présentation d'un stimulus auditif fait apparaître, dans les 8 à 10 premières millisecondes (ms), les PEA dits 'précoces' ou PEA du tronc cérébral (PEATC). Chez l'homme, 7 déflexions ont été mises en évidence et dénommées selon leur ordre d'apparition : ce sont les pics I à VII. Même si la source intra-cérébrale précise des pics les plus tardifs fait encore l'objet de débat, on peut avancer que les PEATC doivent être le reflet de l'activation du nerf auditif (pics I et II), des structures auditives du tronc cérébral ipsilatérales à l'oreille stimulée (pic III) et controlatérales (pic IV), et des structures proches de la jonction ponto-mésencéphalique, c'est-à-dire au niveau du colliculus inférieur (pic V) (Picton et coll., 1974 ; Wood et Wolpaw, 1982). En dépit des résultats publiés par Jouvet et Desmedt en 1956, qui suggèrent une modification d'activité des noyaux cochléaires par l'attention chez le Chat, il n'a pas été possible de montrer chez l'homme une quelconque 41

dépendance des réponses auditives précoces vis-à-vis de l'attention portée sur la stimulation (Connolly et coll., 1989), ni de l'état de vigilance jusqu'au sommeil profond (Bastuji et coll., 1988). Il est donc accepté actuellement que la fonction des voies afférentes auditives dans le tronc cérébral ne serait pas modifiée de façon significative par les phénomènes attentionnels. Figure 7 : Illustration des différents PEA obtenus après une stimulation auditive simple : les PEA précoces (A), de latence moyenne (B) et tardifs (C) (adaptée de Picton et coll., 1974). A la suite des PEA précoces, apparaissent les PEA de latence moyenne, entre 10 et 40 ms, dénommés Na, Pa et Nb, et apparaissant respectivement à 19, 30 et 38 ms en moyenne. Alors que les études de patients avec des lésions très localisées ont suggéré que le Na pouvait correspondre à l'activation de générateurs sous-corticaux (Kraus et coll., 1982 ; Ibañez et coll., 1989), la majorité des autres études, réalisées en SEEG ou en MEG, ont montré que les sources des Na/Pa se trouvaient plutôt dans l'aire dorso-postéro-médiale du cortex auditif primaire, c'est-à-dire à la pointe du gyrus de Heschl (aire de Broadman 41, BA41) (Liégeois-Chauvel et coll., 1991, 1994, voir figure 8, Pantev et coll. 1995). Concernant l'effet de l'attention sur ces potentiels, les résultats ne sont pas encore définitifs. Alors que Picton et Hillyard (1974) n'ont observé aucune modulation 42

dans différentes conditions d'attention, McCallum et coll. (1983) ont noté des altérations des composantes Na et Pa en rapport avec la diminution de l'attention du sujet. Figure 8 : Représentation schématique de la localisation anatomique des générateurs des potentiels évoqués de latence moyenne (N/P16 correspondant peut-être au Na ; N/P30 = Pa et Nb?) et tardifs (N/P50 = P1a? ; N/P60-75 = P1b? et N/P100 = N1?) dans le gyrus de Heschl et le planum temporale (Liégeois- Chauvel et coll., 1994). 2- Les PEA tardifs Les PEA tardifs apparaissent après 70 ms et peuvent s'étendre jusqu'à 1 seconde (s) après le stimulus. Ces composantes sont davantage sujettes à l'état d'attention du sujet et sont souvent impliquées dans les processus cognitifs (mémorisation, traitement linguistique, etc.) du cerveau. Ainsi, les sources et les propriétés des composantes tardives sont d'autant plus complexes qu'elles sont associées à un traitement cérébral élaboré : en général, plus une composante de scalp sera tardive, plus grand sera le nombre de ses générateurs sous-corticaux et/ou corticaux et plus complexes seront ses propriétés fonctionnelles. Compte tenu du nombre croissant d'investigations en potentiels évoqués, il est difficile de référencer toutes les composantes auditives tardives. Toutefois, nous pouvons suggérer une classification des composantes les plus souvent rencontrées, selon leur implication dans les étapes du traitement cognitif, qui vont de l'évaluation du stimulus à la fermeture de la période cognitive (voir aussi Perrin et García-Larrea, 2001). 43

a- Evaluation du stimulus (P1, N1, P2) Les composantes P1 (ou Pb ou P50) N1 (ou N100) et P2 (ou P150) 3, qui succèdent immédiatement les PEA de latence moyenne, sont les dernières déflexions observées dans les conditions expérimentales très simples d'écoute passive de tonalités ou de clicks répétitifs. Compte tenu de leur apparition systématique après un stimulus auditif, ces potentiels sont parfois dénommés composantes corticales obligatoires. Les études qui ont eu pour but de rechercher les générateurs intra-cérébraux de ces composantes n'ont pu fournir des résultats concordants. En ce qui concerne la composante P1, certains auteurs lui ont attribué une source latérale et antérieure à celle des Na/Pa (Liégeois-Chauvel et coll., 1994, 1995 ; Yoshiura et coll., 1995), alors que d'autres l'ont identifiée dans le planum temporale (BA 42) ou à la surface du gyrus temporal supérieur (BA 22) (Chatrian et coll., 1960 ; Celesia, 1976 ; Howard et coll., 2000 ; Yvert et coll., 2001). Pour le N1, les résultats issus de la SEEG (Liégeois-Chauvel et coll., 1994, 1995), de la MEG (Celesia, 1976 ; Romani et coll., 1982 ; Howard et coll., 2000) et de modélisations mathématiques des enregistrements EEG de scalp (Scherg et voncramon, 1985), convergent vers une localisation bilatérale dans le gyrus de Heschl et dans le planum temporale (figure 8). Enfin, une modélisation de la composante N1, réalisée à partir des cartes de densité radiale de courant sur le scalp (pour une revue voir Pernier et Bertrand, 1997), a permis de mettre évidence la participation de générateurs frontaux à l'émergence de cette composante (Giard et coll., 1994). Ces composantes seraient davantage liées aux mécanismes du 'traitement primaire' du stimulus, et pourraient refléter certains processus d'évaluation (Hillyard et coll., 1973) menant au jugement perceptuel du stimulus, c'est-à-dire permettant aux sujets de trier l'information contenue dans chaque stimulus pour en déterminer sa nature (et parfois la nécessité ou non d'une réponse). Dans le cas d'une discrimination simple entre deux tonalités de fréquence différente, les processus d'évaluation vont reposer essentiellement sur des phénomènes de comparaison entre le stimulus reçu et le modèle du stimulus attendu. Ces processus d'évaluation vont se traduire par des modifications d'amplitude des composantes, surtout sur les régions frontales du scalp, modulables par les caractéristiques du stimulus et par l'attention du sujet. Les composantes N1 et P2 apparaissent respectivement augmentée et diminuée en amplitude lorsque le stimulus reçu ressemble au stimulus attendu, alors que ce n'était pas le cas pour la composante P1 (Picton et 3 La nomenclature utilisée est toujours P pour des potentiels à voltage positif et N pour des potentiels à voltage négatif. Le chiffre correspond soit à l'ordre d apparition (P1, N1, P2), soit à la latence d'apparition en ms (P50, N100, P150). 44

Hillyard, 1974 ; Campbell et coll., 1992). Toutefois, des études convergentes ont montré que l'augmentation du N1 observée par l'attention du sujet ne correspondrait pas forcément à l'augmentation de l'amplitude même du N1 ; elle pourrait aussi refléter la superposition d'une autre composante sur la N1, dénommée Nd ou négativité de traitement (Näätänen et coll., 1978 ; Hansen et Hillyard, 1980). Cette nouvelle composante traduirait un phénomène endogène venant se superposer aux mécanismes purement exogènes représentés par la composante N1 ; elle serait donc le reflet d'un mécanisme contrôlé de type 'top-down'. b- Détection / discrimination du stimulus (N2, MMN, N400) L'évaluation du stimulus prend fin lorsque celui-ci est identifié comme étant, ou non, celui que le sujet attendait. Suivent alors des composantes électrophysiologiques cognitives, particulières aux phénomènes de détection du stimulus et qui n'apparaissent pas après des stimulus répétitifs et non pertinents pour le sujet. Il faut par conséquent que le stimulus ait un minimum de déviance, de rareté, de dissemblance ou de pertinence (par rapport à d'autres stimulus) pour observer les composantes décrites dans ce paragraphe. La composante la plus couramment décrite apparaît dans les contextes où le sujet attend activement une stimulation déviante, qu'il doit repérer parmi d'autres stimulus. Cette composante, négative, nommée N2 (ou N200), est observée sur les régions centrales du scalp. Sa latence d'apparition est une mesure du temps nécessaire à la détection du stimulus (Ritter et coll., 1979) et son amplitude est d'autant plus grande que l'attention portée sur la stimulation est importante (Novak et coll., 1990). Par contre, si le sujet ne porte pas activement son attention aux stimulations (lorsqu'il lit par exemple), mais que celles-ci comportent également des tonalités discordantes occasionnelles, ces dernières évoquent un autre type de composante nommée MMN, pour 'MisMatch Negativities' (négativités de discordance ; Näätänen et coll., 1978, 1982). Ce potentiel négatif, qui apparaît entre 100 et 200 ms sur les régions fronto-centrales du scalp, serait déclenchée par la comparaison du stimulus déviant à la mémoire sensorielle ('échoïque') créée par les stimulus monotones. D'après les travaux de Näätänen et de son équipe (1978, 1982, 1990), la MMN représenterait spécifiquement le résultat de cette comparaison, et serait générée uniquement lorsque la nouvelle stimulation ne correspond pas à la 'trace mnésique' laissée par la série de stimulus qui l'ont précédée. Elle représenterait donc une détection de déviance qui se ferait de façon purement automatique et pré-attentive puisque la MMN peut être observée en l'absence d'attention de la part du sujet. 45

Toutefois, certains auteurs ont montré que, bien qu'observable en conditions attentionnelles 'passives', l'amplitude de la MMN pouvait aussi être modulée par l'attention (Schroger, 1995). Lorsque la déviance du stimulus est de nature linguistique plutôt que sensorielle, un autre groupe de composantes 'de détection' est décrit. Kutas et Hillyard (1980) ont été les premiers à mettre en évidence une négativité centro-pariétale, vers 400 ms (et donc nommée N400), dont l'amplitude était d'autant plus grande que le dernier mot d'une phrase était éloigné du contexte sémantique de la phrase elle-même (figure 9). Des discordances de type phonologique (mots ne rimant pas ; Rugg, 1984a,b) et orthographique (mots ne se ressemblant pas visuellement ; Kramer et Donchin, 1987) pourraient également évoquer des négativités de morphologie très similaire à celle du N400. Ce groupe de composantes négatives, qui partagent un certain nombre de propriétés avec le N200 (le N400 pourrait être un N200 retardé, voir par exemple Deacon et coll., 1991), pourraient refléter un mécanisme général de détection de dissemblance (Polich, 1985). L'apparition de négativités plus amples après des discordances arithmétiques (Niedeggen et coll., 1999), après différentes émotions de visages (Barrett et coll., 1988, Barrett and Rugg, 1989), ou après différentes odeurs (Grigor et coll., 1999), irait dans le sens de cette hypothèse. Figure 9 : Potentiels évoqués par des phrases terminant par un mot congruent (ligne continue), par un mot incongru (pointillés épais) et par un mot congruent mais visuellement différent (pointillés). Le N400 apparaît après le mot incongru alors que c'est un P560 (P300) qui est évoqué par le mot qui diffère physiquement (Kutas et Hillyard, 1980). 46

Quant aux générateurs intracrâniens de ces composantes, ils seraient multiples et distribués. Des générateurs situés dans le gyrus temporal supérieur contribueraient à l'origine de la MMN (Imada et coll., 1993 ; Tiitinen et coll., 1993), ce qui pourrait être le cas aussi de générateurs dans le cortex frontal droit (Giard et coll., 1990). En ce qui concerne la composante N400, les études par MEG (Simos et coll., 1997) et les enregistrements EEG intracrâniens (Smith et coll., 1986 ; Guillem et coll., 1995 ; McCarthy et coll., 1995 ; Nobre et McCarthy, 1995) ont permis de définir un réseau de générateurs à proximité des gyrus hippocampique et parahippocampique, du cortex pariétal inférieur, du gyrus temporal moyen, et des aires temporales proches de la scissure collatérale. Enfin, les régions corticales frontales gauches pourraient également participer à l'évocation du N400 comme cela est suggéré par les études de patients cérébrolésés (Hagoort et coll., 1996 ; Friederici et coll., 1999). c- Catégorisation d'un stimulus / clôture de la période cognitive (P300, LPC) Les réponses précédemment décrites peuvent être suivies ou non d'une onde positive de grande amplitude et de topographie centro-pariétale (nommée LPC, pour 'Late Positive Component'), culminant autour de 300 ms dans le cas de sons simples (et donc nommée P300 ou P3), et vers 600 ms après des mots (nommée dans ce cas P600). La première description du P300 est souvent attribuée à l'équipe de Sutton (1965) qui avait observé l'augmentation d'amplitude d'une composante positive culminant vers 300 ms après des stimulus auditifs qui n'étaient pas prévisibles. Cette composante est plus couramment mise en évidence au cours de paradigmes de type 'oddball', ou 'de stimulus discordants', c'est-à-dire en réponse à des stimulus déviants (en fréquence ou en intensité par exemple) devant être repérés dans une série de stimulus monotones (pour des revues voir Picton, 1992 ; Hansenne, 2000). Les travaux de l'équipe de Squires (1975) ont permis de montrer que le P300 était constituée de deux sous-composantes, dénommées P3a et P3b (voir figure 10). La P3a, culminant autour de 250 ms, présente une distribution frontale sur le scalp et apparaît lorsqu'une stimulation imprévisible provoque un effet de surprise ; elle serait donc plutôt le reflet d'une réaction d'orientation. Lorsque le stimulus est attendu de façon active ou qu'il est suffisamment pertinent pour le sujet (Polich, 1989 ; Berlad et Pratt, 1995), l'onde P3a est suivie de la P3b, vers 300-350 ms, qui présente une topographie centro-pariétale. Cette dernière souscomposante signerait pour sa part la reconnaissance et la catégorisation de la stimulation cible et serait un mécanisme post-décisionel. En effet, si on réclame une réponse motrice au sujet, celle-ci peut survenir avant la réponse P3b (Ritter et coll., 1972 ; Goodin et Aminoff, 1984). 47

Figure 10 : Potentiels évoqués par des tonalités fortes (en intensité). Lorsque les sujets attendaient ces tonalités fortes et qu'elles apparaissaient avec une faible probabilité (10 %), les potentiels P3a et P3b ont été enregistrés. Lorsqu'ils les ignoraient (lecture d'un livre), seules un P3a a été observé pour les faibles probabilités (Squires et coll., 1975). (positivités en haut) La signification fonctionnelle du potentiel P300 reste encore un sujet à controverses. Donchin et Coles (1988) ont proposé que la P300 était l'équivalent bioélectrique de la mise à jour de la mémoire de travail ; elle apparaîtrait à chaque fois que le cerveau doit changer le 'modèle' de l'environnement pour l'actualiser par inclusion d'un nouvel élément. Par contre, pour Desmedt (1980) et Verleger (1988, 1998) le P300 serait plutôt une activité signant la fin ou la clôture de la période cognitive, témoignant de l'inhibition d'un ensemble de structures et survenant après l'identification du stimulus. Enfin, pour Picton (1992), le P300 pourrait être un indicateur du passage à la conscience et surviendrait en même temps que les processus de mémorisation du stimulus. Quant aux générateurs du P300, ils seraient, tout comme la composante N400, multiples. Les enregistrements EEG intracrâniens ont principalement révélé l'implication de la partie médiale du lobe temporal (amygdale et gyrus hippocampique et parahippocampique), des structures thalamiques, et des lobes pariéto-temporal (pour le module P3b) et/ou frontal (pour le module P3a) (Smith et coll., 1986 ; McCarthy et coll., 1989 ; Halgren et coll., 1994a,b, 1995a,b ; Baudena et coll., 1995). d- Autres types de réponses cognitives (SW, VCN) Lorsque plusieurs comportements sont possibles en fonction de la nature du stimulus (par exemple, différents types de comportement moteur, chacun contingent d'un type de stimulus), la détection de celui-ci doit être suivie d'une phase dite de sélection de réponse. Cette phase trouve son 48

reflet électrophysiologique sous forme de composantes positives qui suivent la P3, communément appelées ondes lentes (SW pour 'Slow Waves') (Squires et coll., 1975 ; Kok et Looren dejong, 1980). Ces réponses ne seraient pas exclusives de la sélection d'un comportement moteur, mais apparaîtraient chaque fois que la détection du stimulus déclenche le début d'une nouvelle opération cognitive (García-Larrea et Cézanne-Bert, 1998). De ce fait, elles sont obtenues également dans des paradigmes de re-programmation motrice (Perchet et coll., 2000), ou bien dans des expériences où la détection du stimulus donne lieu à une opération mentale complexe (García-Larrea et Cézanne- Bert, 1998). Enfin, les modifications électrophysiologiques détectables surviennent non seulement après la présentation du stimulus, mais également dans la période qui précède son arrivée. Ainsi, une onde négative très lente nommée Variation Contingente Négative ou VCN (2 à 6 secondes de durée) se développe pendant la période d'attente active d'un stimulus, et finit brusquement à l'arrivée de celui-ci (Walter et coll., 1964). Cette activité peut être subdivisée en deux sous-composantes, l'une précoce qui serait corrélée à la réponse d'orientation, et l'autre précédant le stimulus qui refléterait l'anticipation de la réponse motrice (Rohrbaugh et coll., 1976). La VCN est généralement interprétée comme une activité de facilitation augmentant jusqu'au moment où une réponse est demandée et/ou une décision doit être prise et qui prépare l'organisme à l'action (pour une revue voir McCallum, 1988). 49

II- MODIFICATIONS DES POTENTIELS EVOQUES AUDITIFS AU COURS DU SOMMEIL Il est admis, généralement, que les PE décrits à l'éveil après une stimulation auditive peuvent être également enregistrés au cours du sommeil, même si certaines composantes présentent quelques variations en terme d'amplitude, de latence ou de topographie sur le scalp. Toutefois, si cette affirmation n'est jamais remise en question pour les potentiels précoces et de latence moyenne, il n'en est pas de même pour les potentiels tardifs. D'une part, parce que les modifications des PEA tardifs peuvent être relativement importantes. D'autre part, parce que, d'après les études électrophysiologiques réalisées chez l'animal, la transmission des afférences sensorielles seraient fortement diminuée pendant le sommeil (voir par exemple Pompeiano, 1970 ; Steriade et coll., 1990), ce qui suggère que le traitement cognitif des informations sensorielles ne peut avoir lieu. A- MODIFICATIONS OBSERVEES SUR LES PEA PRECOCES ET DE LATENCE MOYENNE La comparaison des PEA précoces obtenus à l'éveil et au cours du sommeil a donné, jusqu'à 1988, des résultats divergents. Alors que la majorité des études n'avait noté que très peu, voire aucune modification des pics I à V lorsque le dormeur se trouvait en sommeil lent (SL) ou en sommeil paradoxal (SP) (Amadeo et Shagass, 1973 ; Hellekson et coll., 1979 ; Campbell et Bartoli, 1986), Hughes et coll. (1984) avaient montré des augmentations de la latence d'apparition de certains de ces pics au cours du SL. Cette controverse a pris fin lorsque Bastuji et coll. (1988) ont montré que les modifications des PEA précoces étaient en fait dépendantes de la température corporelle. Ainsi, la latence du pic V ne serait pas augmentée par le sommeil lui même mais par les variations circadiennes de la température corporelle. Depuis cette étude, il est généralement admis que les PEA précoces ne sont pas sensibles au sommeil physiologique. Des résultats contradictoires ont également été rapportés concernant les éventuelles modifications des PEA de latence moyenne par l'état de sommeil. Mendel et Goldstein (1971) ont montré que l'amplitude des Na/Pa diminuait avec la profondeur du sommeil (les amplitudes étant similaires en stade 2 et en SP) et que leurs latences n'étaient que légèrement retardées par rapport à l'éveil. Deiber et coll. (1989) ont décris, quant à eux, un comportement triphasique du Pa au cours du cycle veille/sommeil : il augmenterait en stade 2 (S2) par rapport à l'éveil, puis s'atténuerait 50

progressivement avec la profondeur du sommeil, et retrouverait en SP une amplitude similaire à celle de l'éveil. Enfin, Erwin et Buchwald (1986) n'ont noté aucune modification de ces potentiels en fonction de l'état de vigilance. Une étude plus récente (Campbell et coll., 1992) a suggéré que les résultats précédents divergeaient en raison des différentes fréquences d'apparition de stimulations utilisées. Ainsi, en faisant varier la fréquence d'occurrence de leurs tonalités, les auteurs ont pu montrer une diminution du complexe Na-Pa pour les fréquences rapides et non pour les lentes. B- MODIFICATIONS OBSERVEES POUR LES PEA TARDIFS Les réponses tardives observées au cours du sommeil présentent des morphologies différentes selon le stade de sommeil où l'on présente la stimulation. Alors qu'en SP, les réponses ressemblent à celles obtenues à l'éveil (Weitzman et coll., 1965), les PEA obtenus au cours du SL sont beaucoup plus complexes. Deux phénomènes sont à l'origine de cette complexité : d'une part, la superposition des ondes lentes caractéristiques de ce stade, et d'autre part l'évocation simultanée des complexes K (CK) de grande amplitude après les stimulations (figure 11). Figure 11 : Illustration d'un complexe K évoqué (constitué des composantes N2, P3, N3 et P4) par une stimulation. Ce macroévénement est précédé des réponses obligatoires N1 et P2 (Niiyama et coll., 1996). 51

1- Evocation des complexes K au cours du sommeil lent Le complexe K (CK) est un macroévènement de l'eeg qui apparaît au cours du sommeil lent (SL) et de façon plus visible pendant le S2 (Loomis et coll., 1938 ; Williams et coll., 1964). Il présente la propriété d'émerger de façon spontanée ou à la suite d'une stimulation (Loomis et coll., 1939 ; Davis et coll., 1939) de quelque nature que ce soit (Roth et coll., 1956). Malgré son identification assez précoce dans l'histoire de la recherche sur le sommeil, aucune étude n'a permis de préciser, pour l'instant, le véritable rôle fonctionnel du CK. Concernant les CK évoqués par les stimulations, deux grandes hypothèses ont été suggérées : l'une considère que le CK refléterait un mécanisme de protection du sommeil (Bastien et Campbell, 1992 ; Waukier et coll., 1995), alors que l'autre suggère qu'il représenterait plutôt un éveil avorté (Roth et coll., 1956 ; Sallinen et coll., 1997). Bien que ces deux hypothèses ne sont pas forcément contradictoires et qu'elles pourraient expliquer toutes les deux l'évocation du CK sur l'eeg (voir par exemple Halász et coll., 1985), les études n'ont pas permis de proposer une hypothèse fonctionnelle commune. Les études menées chez l'animal par l'équipe de Steriade (1993b, 1997, 1998) ont apporté des éléments de réponse concernant l'origine cellulaire du complexe K, qui apparaît de façon spontanée sur l'eeg, et sur son probable rôle fonctionnel. Selon cette équipe, le CK spontané serait le signe avant-coureur de la mise en place du phénomène de synchronisation neuronale lente (dans la bande de fréquence delta) qui atteint son paroxysme en sommeil lent profond, c'est-à-dire au moment où le seuil d'éveil est le plus haut : le CK spontané jouerait donc un rôle important dans la consolidation du sommeil. Le CK, lui-même, serait le reflet, à un niveau EEG, d'une oscillation synchrone très lente (< à 1 Hz) provenant des neurones corticaux ; la grande déflexion négative observée sur le scalp refléterait la dépolarisation cellulaire (Amzica et Steriade, 1997). Toutefois, ces hypothèses relativement séduisantes ne peuvent expliquer l'ensemble des propriétés du CK, notamment elle ne peuvent donner aucune explication concernant le fait que ce macroévénement apparaît aussi après une stimulation. D'autres approches expérimentales ont pu fournir des renseignements déterminants concernant les propriétés fonctionnelles des CK évoqués par les stimulations. Depuis que Williams et coll. (1963) et Weitzman et coll. (1965) ont les premiers suggéré que le moyennage des réponses électriques cérébrales de surface engendrées par une stimulation auditive (PEA) représentait des CK moyennés, un certain nombre d'auteurs se sont efforcés de caractériser morphologiquement ces 52

macroévénements. Leurs études ont permis de révéler qu'un CK, lorsqu'il était complet, était composé de quatre composantes de grande amplitude (figures 11, 12), nommées N2, P3, N3 et P4 4 (Ujszászi et Halász, 1988). Un certain nombre d'auteurs ont d'abord pensé que les différentes composantes représentaient un même phénomène homogène (Roth et coll., 1956 ; Church et coll., 1978), répondant de façon tout ou rien aux stimulations. Bastien et Campbell (1992) ont par exemple suggéré que la totalité de la réponse CK était évoquée avec une amplitude toujours similaire, dès que la composante N2 dépassait un certain seuil d'amplitude. Selon ces auteurs, il suffirait que la stimulation atteigne un certain niveau d'intensité ou de soudaineté (caractère abrupt) pour voir apparaître une réponse CK homogène sur l'eeg (Campbell et coll., 1985 ; Campbell et coll., 1990). Toutefois, d'autres travaux ont depuis montré que chaque composante possédait ses caractéristiques propres. Ce résultat est tout d'abord suggérée par la spécificité des représentations topographiques de chaque composante : alors que la composante N2 présente un maximum d'activité en position centrale sur le scalp, la P3 serait maximale en position pariétale et les N3 et P4 le seraient en position frontale (voir par exemple Ujszászi et Halász, 1988 ; Niiyama et coll., 1995 ; Bastuji et coll., 1995 ; Coté et coll., 1999 ; Colrain et coll., 1999). Ces différences de topographie suggèrent que les composantes du CK sont le reflet de l'activité de réseaux neuronaux situés dans des régions différentes, donc que ces composantes ne signent pas le même mécanisme. D'autres études ont montré par ailleurs que les composantes du CK n'étaient pas dépendantes les unes des autres, comme cela devrait être le cas pour un phénomène homogène. Alors que la composante N2 serait retardée en latence avec la profondeur du sommeil, la N3 serait d'autant plus précoce que le sommeil est profond (Ujszászi et Halász, 1988). L'hypothèse de l'hétérogénéité est également suggérée d'un point de vue purement morphologique, puisque le CK n'apparaîtrait pas systématiquement entier (au complet), plusieurs combinaisons de composantes pouvant exister (Ujszászi et Halász, 1986 ; Niiyama et coll., 1996). Enfin, des propriétés différentielles ont été observées en fonction des caractéristiques du stimulus. Caekebeke et coll. (1990) et Bastien et coll. (1990) ont ainsi remarqué que les CK étaient diminués en amplitude après la répétition d'un même stimulus et reprenaient leur forme initiale lors du changement de la fréquence du stimulus. Selon Niiyama et coll. (1995), ce phénomène d'habituation à court terme serait significatif surtout pour la composante N3, comme cela est illustré sur la figure 12. Au vu de l'ensemble de ces résultats, le CK serait donc un phénomène hétérogène, représentant une cascade d'événements d'origines différentes (Halász, 1993, 1998) et dont le rôle fonctionnel 4 On retrouve souvent la nomenclature N350, P400, N550 et P900, définie par les latences d apparition des composantes après des tonalités mais qui n a plus de réalité lorsqu on utilise des stimulations plus longues comme des mots, voir Chapitre Trois. 53

serait propre à chacun. Dans cette voie, Ujszászi et Halász (1988) ont proposé que les composantes N2 et N3 refléteraient deux processus parallèles et indépendants, l'un précoce et lié au traitement de l'information sensorielle, et l'autre plus tardif et plutôt dépendant des états de sommeil. Enfin, il reste difficile d'intégrer les résultats obtenus par la technique des potentiels évoqués chez l'homme avec ce que l'on sait de la génération des CK au niveau cellulaire chez l'animal. Cela est dû au fait que ces deux types d'approches s'intéressent à deux exemples différents du CK, à savoir l'évocation spontanée ou provoquée par un stimulus. Ainsi, les auteurs de ces différentes études ne peuvent proposer que des hypothèses fonctionnelles élaborées à partir des propriétés de leur exemple particulier de CK. Ils se retrouvent contraints d'ignorer une partie de la littérature et de considérer, comme l'ont fait Amzica et Steriade (1997), l'autre exemple de CK comme une exception plutôt que la règle. Il en est de même des études réalisées en potentiels évoqués, qui, pour certaines, sont allées jusqu'à affirmer que les CK spontanés n'étaient que des CK évoqués par des stimulations d'origine extra cérébrale. Cette hypothèse a été proposée par Niiyama et coll. (1996) qui ont remarqué que les CK dits 'spontanés' étaient précédés, comme les CK dits 'évoqués', par les potentiels sensoriels plus précoces N1 et P2 (voir paragraphe I.D.2.a, figure 11), connus pour apparaître après un stimulus. Ainsi, il semble pour l'instant très difficile d'unifier les données obtenues par les deux types d'approches expérimentales et d'élaborer une quelconque théorie pouvant expliquer l'émergence des CK évoqués et spontanés. Figure 12 : Phénomène d'habituation du complexe K : l'amplitude du potentiel N3 (N550) serait surtout diminué en réponse à un stimulus monotone (fréquent) comparativement à un stimulus déviant (rare) (Niiyama et coll., 1995). 54

2- Les PEA tardifs au cours du sommeil a- L'évaluation du stimulus Un grand nombre d'études a mis en évidence l'apparition des composantes obligatoires (P1, N1, P2) au cours du sommeil en réponse à des stimulations auditives (pour une revue voir Bastuji et García-Larrea, 1999). Au cours du SL, la composante N1 serait diminuée en amplitude, alors que les composantes P1 et P2 se trouveraient augmentées en amplitude, comparativement à ce qui est observé à l'éveil (Kevanishvili et vonspecht, 1979 ; Campbell et coll., 1992 ; Nielsen-Bohlman et coll., 1991 ; Harsh et coll., 1994 ; Winter et coll., 1995 ; Nordby et coll., 1996). Cette tendance des potentiels a devenir plus positifs pourrait être, selon Campbell et coll. (1992) (voir aussi delugt et coll., 1996), la conséquence d'une diminution d'amplitude de la négativité de traitement ou 'processing negativity' (Nd), qui est connue pour augmenter en amplitude à l'éveil lorsque le sujet porte son attention aux stimulations (revoir paragraphe I.D.2.a, Hansen et Hillyard, 1980). Par contre, en ce qui concerne le SP, les études ont révélé que l'amplitude de la composante P1 n'était pas modifiée (Deiber et coll., 1989) et que celles des composantes N1 et P2 étaient réduite de moitié (Campbell et coll., 1992). b- Détection automatique de la discordance acoustique Comme l'a suggéré Näätänen (1990), la MMN ('mismatch negativity') devrait être observée au cours du sommeil puisqu'elle reflète un processus automatique et indépendant de l'attention du sujet. Toutefois, les études qui se sont intéressées à cette composante pendant le sommeil ont montré des résultats divergents (pour une revue voir Bastuji et García-Larrea, 1999). Pour certains auteurs (Paavilainen et coll., 1987 ; Nielsen-Bohlman et coll., 1991 ; Winter et coll., 1995), il ne serait pas possible d'observer une telle composante au cours du sommeil, alors que pour d'autres, elle pourrait apparaître dans certaines conditions. Ainsi, une composante similaire à la MMN a été enregistrée dans les dernières périodes de S2 et de SP (Campbell et coll., 1992), seulement au cours du SP (Nordby et coll., 1996 ; Loewy et coll., 1996 ; Atienza et coll., 1997), et uniquement pendant la somnolence (Winter et coll., 1995 ; Sallinen et Lyytinen, 1997). Les résultats de l'équipe de Sallinen sont encore plus confus puisqu'ils pensaient avoir identifié une MMN au cours du S2 lorsqu'un CK était évoqué simultanément, et pas en l'absence de CK (Sallinen et coll., 1994), mais n'ont pu confirmer ce résultat par la suite (Sallinen et coll., 1997). L'hétérogénéité des différents rapport publiés pourrait être la conséquence de deux phénomènes : (i) l'existence au cours du sommeil d'un mauvais rapport du signal sur bruit même après moyennage (rappelons qu'à l'éveil le 55

niveau de bruit résiduel doit être minime si l'on veut observer une MMN convenablement), et (ii) peut-être aussi l'utilisation d'une déviance de stimulation trop petite et donc mal adaptée à la condition physiologique étudiée. Cette dernière hypothèse a été testée récemment par Loewy et coll. (2000), qui ont utilisé deux types de stimulations déviantes, soit d'intensité supérieure, soit d'intensité inférieure aux stimulations monotones. Leurs résultats ont montré qu'une composante de type MMN ne pouvait être obtenue, en SP seulement, que pour les intensités déviantes qui augmentaient d'intensité par rapport aux stimulations monotones. c- Catégorisation d'un stimulus déviant Au même titre que la MMN, la possible évocation de la composante P300 (ou P3) au cours du sommeil a fait l'objet de nombreux débats (pour une revue voir Bastuji et García-Larrea, 1999). Les études qui ont pu mettre en évidence une composante de type P3 au cours du SP, l'ont décrite avec une amplitude réduite, une topographie pariéto-occipitale et une latence presque similaire (Niiyama et coll., 1994) ou retardée (vansweden et coll., 1994a ; Bastuji et coll., 1995) par rapport à ce qui est observé à l'éveil. Ce potentiel a été obtenu lorsque la tonalité déviante l'était d'un point de vue fréquentiel, mais aussi pour des déviances d'intensité (de volume sonore), ce qui a été montré plus récemment par Coté et Campbell (1999a,b). Enfin, d'après Sallinen et coll. (1996), la composante de type P3 apparaîtrait plus ample au cours des périodes toniques qu'au cours des périodes phasiques du SP, c'est-à-dire préférentiellement pendant les périodes où l'activité onirique est moins dense (Berger et Oswald, 1962). Les résultats sont plus difficiles à interpréter au cours du SL, essentiellement parce que la composante P300 d'éveil apparaît dans la même fenêtre de latence que les composantes de grande amplitude du CK. Ainsi, si une réponse de type P3 survient, elle est plus difficilement observable qu'au cours du SP. Une autre difficulté est liée au fait que certaines composantes du CK s'habituent, c'est-à-dire diminuent d'amplitude avec la répétition d'une même stimulation (revoir paragraphe II.B.1). Il devient alors difficile de savoir si les variations d'amplitude observées en SL sont la conséquence de l'analyse des caractéristiques de déviance de la stimulation et/ou le reflet d'un simple phénomène d'habituation. Malgré ces difficultés, certaines études ont permis de montrer que la positivité P3 du CK était augmentée en amplitude après des tonalités déviantes comparativement à des tonalités monotones, et cela aussi bien au cours du S1 (Niiyama et coll., 1994 ; Bastuji et coll., 1995), que du S2 (Nielsen-Bohlman et coll., 1991 ; Salisbury et coll., 1992, Salisbury et Squires, 1993) ou du SLP (Bastuji et coll., 1995). Toutefois, la composante obtenue 56

dans les études précédentes a été également observée en réponse aux stimulations monotones, ce qui n'est pas le cas de la P300 d'éveil ou de la P3 du SP. La non spécificité de la P3 du S2 à la déviance rend alors difficile toute tentative de rapprochement fonctionnel avec la P300 d'éveil. Enfin, l'une des raisons invoquées par ceux qui n'observent pas de composante de type P3 au cours du sommeil est qu'il est nécessaire d'avoir une attention portée sur la stimulation déviante et rare pour voir apparaître une réponse de ce genre (Campbell et coll., 1992). Or, Polich (1989) a pu montrer qu'il était possible d'obtenir dans certaines conditions d'éveil non attentive, comme au cours de conditions de rêverie (et non quand le sujet porte son attention sur un autre tâche), une composante P3 de topographie centro-pariétale. De plus, rien ne permet d'affirmer qu'il ne puisse perdurer une certaine forme d'attention au cours du sommeil, permettant de catégoriser un stimulus déviant. Dans la mesure où l'on peut comparer la positivité du sommeil avec la P300 de l'éveil, la petite différence de topographie sur le scalp pourrait s'expliquer par l'activation de générateurs intracrâniens en grande partie commun, et le retard d'apparition comme l'indice d'un traitement sensoriel plus long au cours du sommeil. C- RECAPITULATIF DES MODIFICATIONS OBSERVEES PENDANT LE SOMMEIL En résumé, si les rapports publiés s'accordent à conclure que les potentiels évoqués auditifs (PEA) précoces ne sont pas sensibles à l'état de sommeil, ils n'ont pas pu fournir de résultats concordants concernant les PEA de latence moyenne. Des contradictions sont retrouvées pour les PEA tardifs, entre autres parce que les morphologies des réponses sont spécifiques à chaque stade de sommeil. Au cours sommeil paradoxal, les réponses évoquées par les stimulations auditives seraient très similaires à celles obtenues à l'éveil. Notamment, les potentiels N1 et P2 pourraient être enregistrées pendant cet état de vigilance, ainsi que la MMN et le P300. En revanche, les PEA tardifs obtenus au cours du sommeil lent, et particulièrement pendant le stade 2, présentent une morphologie radicalement différente de celles obtenues à l'éveil ou pendant le sommeil paradoxal. En effet, les stimulations évoquent un macroévénement électroencéphalographique dénommé complexe K, de signification fonctionnelle encore mystérieuse, dans la fenêtre de latence temporelle où les PEA tardifs, tels que la MMN et le P300, sont observés à l'éveil. Ainsi, si les réponses N1 et P2 ont bien été bien identifiées pendant le sommeil lent, il reste encore difficile de se prononcer quant à l'émergence des composantes de type MMN et P300. 57

CHAPITRE TROIS Réponses électrophysiologiques à la présentation du propre prénom du sujet au cours du sommeil I- INTRODUCTION Les études électrophysiologiques qui se sont intéressées à l'intégration sensorielle au cours du sommeil ont pu mettre en évidence des réponses différentielles à la présentation de tonalités déviantes et à celle de tonalités monotones. Ces études ont également montré des différences de morphologie des réponses en sommeil paradoxal (SP) et en sommeil lent (SL). Au cours du SP, les potentiels évoqués auditifs développeraient des réponses de configuration similaire à celles de l'éveil, avec notamment l'apparition spécifique d'une composante positive tardive (de type 'P300') après les tonalités déviantes. Les réponses obtenues au cours du SL (stades 2, 3 et 4) ont également montré des différences notables entre sons fréquents et déviants, avec notamment une atténuation globale de la réponse aux sons fréquents liée à un phénomène d'habituation (Ujszászi et Halász, 1988). Il n'est pas certain, en revanche, que les réponses enregistrées en SL mettent en évidence également une composante positive tardive spécifique aux sons déviants, de type 'P300'. En effet, la morphologie très différente de celle obtenue à l'éveil et en SP (en particulier à cause de l'apparition des complexes K) rend très difficile l'analyse précise de cette positivité (pour une revue voir Bastuji et García-Larrea, 1999). Tous ces résultats permettent de suggérer que le cerveau endormi reste capable de détecter la déviance d'une tonalité présentée sur un fond de stimulations monotones, c'est-à-dire d'effectuer une analyse des caractéristiques physiques du stimulus (intensité, enveloppe fréquentielle), ainsi que de rester sensible à sa probabilité d'apparition. Toutefois, ces études ne nous renseignent pas sur les capacités du cerveau endormi à discriminer le sens intrinsèque d'un stimulus. Ceci est dû au fait que les sons employés en tant que 'cibles' sonores dans les études précédentes avaient à la fois un sens 58

intrinsèque pour les sujets (qui avaient appris, à l'éveil, que ces stimulations étaient des cibles) et une forme physique déviante (en fréquence et en probabilité). Il n'est donc pas possible, avec de tels paradigmes, de savoir si les réponses différentielles obtenues correspondaient à une simple analyse de l'image acoustique du stimulus (son signifiant) et/ou à une véritable discrimination de son sens intrinsèque (son signifié). Cette ambiguïté entre discriminations du signifiant et du signifié ne peut être levée qu'en utilisant des paradigmes où les différences physiques des stimulus peuvent être 'gommées' pour laisser ressortir uniquement les différences du contenu du message avec, par exemple, l'utilisation de stimulus verbaux à contenu sémantique explicite. Notre première approche à l'étude des capacités de discrimination sémantique d'un stimulus au cours du sommeil a été d'enregistrer les potentiels évoqués en réponse au propre prénom du sujet et de comparer ces réponses à celles évoquées par d'autres prénoms, de caractéristiques physiques proches. Dans le but d'éliminer au maximum les effets dus à la probabilité d'apparition et aux caractéristiques fréquentielles des stimulations, le propre prénom a été envoyé de façon équiprobable et aléatoire, parmi une série de 7 autres prénoms qui n'avaient pas de connotation particulière pour les dormeurs. Le choix du propre prénom pour aborder notre problématique s'est imposé pour trois raisons : (i) compte tenu de son utilisation répétée tout au long de la vie, le propre prénom a un sens intrinsèque pour chaque sujet (voir par exemple Brain, 1958 ; Oswald et coll., 1960) ; (ii) des études récentes ont mis en évidence la possibilité d'évoquer une réponse électrophysiologique de type 'P300' après le propre prénom du sujet, présenté à l'éveil sans aucune consigne explicite (Fischler et coll., 1987 ; Berlad et Pratt, 1995 ; Folmer et Yingling, 1997). Ce type de stimulus semble donc être 'inhérement' attendu, et entraîne une discrimination spontanée dont la 'clôture' serait indexée par une réponse P300 (Desmedt, 1980 ; Donchin et Coles, 1988 ; Verleger, 1988 ; revoir Chapitre Deux, paragraphe I.D.2.c) ; (iii) enfin, il est très probable que l'identification du propre prénom ne mette pas strictement en jeu les réseaux neuronaux habituellement engagés dans le traitement de mots communs, dont le contenu sémantique est plus conséquent. Les résultats issus de la neuropsychologie montrent bien, d'ailleurs, que certains patients peuvent, à la suite de lésions, présenter un déficit dans la compréhension des noms communs et pas dans celle des noms propres, suggérant que des réseaux neuronaux différents sont impliqués dans le traitement de ces deux types de mots (Semenza et Zettin, 1988 ; pour une revue voir Yasuda et coll., 2000). De plus, même si le propre prénom 59

possède un sens intrinsèque pour chacun de nous, sa reconnaissance est certainement facilitée par un accès privilégié à la mémoire à long terme. En conséquence, il nous est apparu indispensable de rechercher d'abord si le cerveau endormi pouvait détecter ce type de stimulus, avant d'entreprendre l'utilisation de stimulus verbaux qui nécessitent une analyse plus complexe. 60

II- METHODES A- SUJETS Quatorze volontaires (quatre femmes, dix hommes), droitiers, âgés de 22 à 50 ans (moyenne : 27 ± 7 ans), privés de deux à trois heures de sommeil la nuit précédente, sont venus dormir dans une chambre de l'unité des Troubles du Sommeil de l'hôpital Neurologique. Pour les quatre premiers, l'enregistrement a été réalisé au cours d'une sieste afin d'affiner le protocole (comme l'ajustement de l'intensité de la stimulation à un niveau qui réveillait peu les dormeurs). Les sujets participants, sans problème auditif ni neurologique, ne devaient être sous aucun traitement médicamenteux. B- STIMULATIONS Des séquences de prénoms ont été créés avant le début de tous les enregistrements. Elles étaient constituées de 8 prénoms, dont le propre prénom (PP) du sujet qui venait participer à l'expérience. Pour trois sujets, le surnom a été employé car il leur paraissait beaucoup plus pertinent. Les 7 autres prénoms (AP), identiques pour tous les sujets, ne leur évoquaient rien de particulier. En effet, une liste individuelle des 10 prénoms les plus familiers avait été auparavant réclamée à l'ensemble des sujets, afin de ne pas les utiliser comme stimulus. Malgré tout, les autres prénoms ont été sélectionnés en fonction de leur usage relativement répandu dans la langue française (liste : 'Albert', 'Hector, 'Ivan', 'Jeanine', 'Mireille', 'Nadège', 'Simon'). Tous les sujets qui ont participé à l'expérience avaient un prénom (ou surnom) dissyllabique (dont la seconde syllabe commençait vers 170 ms et se terminait vers 480 ms après le début du stimulus, en moyenne). Les autres prénoms étaient également dissyllabiques et avaient une durée d'environ 500 ms. Les stimulus ont été enregistrés par une même voix masculine, d'intonation égale, et numérisés dans le but de les délivrer à un maximum d'intensité de 70, puis de 60 db SPL (sound pressure level, correspondant à une échelle de pression maximale délivrée dans les écouteurs). Lors des quatre premiers enregistrements, réalisés au cours d'une sieste pour tester la faisabilité du protocole, nous avons noté que les prénoms délivrés à 70 db SPL réveillaient presque systématiquement les sujets. L'intensité a donc été ajustée à 60 db SPL pour tous les enregistrements de nuit. 61

Dans les séquences, les 8 prénoms apparaissaient 10 fois chacun, de façon équiprobable (soit 12.5 % pour chaque prénom) et aléatoire. L'intervalle entre le début de deux stimulus successifs (Stimulus Onset Asynchrony ou SOA) étaient de 3000 ms et chaque séquence était constituée de 80 stimulations. C- ENREGISTREMENT ELECTROENCEPHALOGRAPHIQUE L'activité électrique cérébrale a été recueillie en continu pendant toute la durée de l'enregistrement, grâce à un casque flexible de 30 électrodes en étain (Electrocap Inc., voir la représentation de la figure 13) installé selon le système international 10-20 (Jasper, 1958) modifié (recommandations de l'ifcn, Klem et coll., 1999). Une électrode placée latéralement sur le nez a servi de référence, et une électrode de 'terre' a été installée entre Fz et Fpz. De plus, un électromyogramme (EMG) et un électrooculogramme (EOG) ont été ajoutés au recueil électroencéphalographique. L'EMG correspondait à un montage bipolaire (recueilli avec deux électrodes placées sur la houppe du menton) et permettait de connaître l'activité musculaire du sujet. L'EOG était enregistré par deux électrodes placées en position sus et sous orbitaire droite, disposées selon un axe oblique, de façon à visualiser simultanément les mouvements oculaires verticaux et horizontaux. L'impédance de ces électrodes était amenée à moins de 5 KΩ avant le début de l'enregistrement. Les tracés EEG ont été amplifiés 150 000 fois (système d'acquisition Synamps ), à une cadence de numérisation de 500 Hz, et filtrés en continu avec une bande passante analogique située entre 0,1 et 70 Hz (excepté l'emg : entre 10 et 100 Hz). Figure 13 : Représentation du casque d'enregistrement EEG et de la position des électrodes. 62

D- PROCEDURE EXPERIMENTALE Les sujets devaient arriver deux heures avant l'enregistrement, le temps de poser le casque à électrodes et de faire les tests d'éveil. Les quatre premiers participants ont fait une sieste en début d'après-midi (14h-16h), dans le but d'affiner le protocole et d'optimiser la qualité des enregistrements nocturnes (voir ajustement de l'intensité de stimulation au paragraphe II.B). Les dix autres sujets ont dormi une nuit entière selon leurs horaires habituels d'endormissement (entre 23h et 1h30) et de réveil (entre 5h30 et 8h30). Après l'installation du casque à 30 électrodes et l'insertion de deux mini-écouteurs dans les canaux auditifs, l'expérience se déroulait en quatre étapes : 1 - Tout d'abord, les sujets devaient écouter, en position allongée, yeux fermés, quatre séquences auditives de 80 stimulations : (a) deux séquences où le sujet écoutait passivement les prénoms, sans tâche spécifique ; (b) puis deux séquences actives où le sujet comptait le nombre de fois où il entendait son propre prénom. D'autres séries de stimulations, comportant des sons purs, étaient également intercalées, afin que les participants n'attachent pas trop d'importance aux séries contenant le propre prénom. 2 - Les sujets étaient ensuite installés dans une chambre isolée et calme, afin de faciliter leur sommeil. Ils étaient prévenus de la survenue probable de stimulations auditives au cours de leur sommeil, sans qu'on leur précise la nature de ces stimulations, ni qu'on leur impose une consigne particulière à leur sujet. Les premières séquences de stimulations étaient délivrées environ 1/2 heure après l'endormissement, lorsque le sommeil lent profond devenait stable. Nous nous sommes efforcé de stimuler régulièrement les sujets pendant la nuit, en envoyant une série de 80 stimulations toutes les 30 à 40 minutes (soit 10 à 15 séries par nuit), et en prenant garde à stimuler dans tous les stades de sommeil. De plus, compte tenu des variations d'amplitude des composantes pouvant exister entre les débuts et fins de nuit (Plihal et coll., 1996), nous nous sommes appliqué à stimuler tout au long de la nuit. Si les sujets étaient réveillés par les stimulations, celles-ci étaient immédiatement arrêtées (afin de ne pas trop perturber leur sommeil). Cinq minutes avant le réveil matinal des sujets, une dernière série de stimulations était envoyée. 3 - Tout de suite après leur réveil, les sujets devaient décrire l'activité mentale et/ou onirique survenue pendant leur sommeil. Un questionnaire (directement inspiré de celui de Zimmerman, 1970, voir annexe 1), les interrogeant plus précisément sur les souvenirs auditifs, leur était ensuite proposé, afin de détecter une éventuelle incorporation des stimulations auditives dans leur activité 63

mentale nocturne. 4 - Enfin, 10 minutes après le questionnaire précédent, quatre nouvelles séquences de stimulations leur étaient envoyées : (a) deux séquences en condition d'attention passive ; (b) et deux séquences en condition d'attention active (comptage du propre prénom). E- ANALYSE DES DONNEES 1- Scorage des tracés de nuit Au cours de l'enregistrement, les tracés polygraphiques étaient classés selon leur appartenance à un stade de vigilance, d'après les critères établis par Rechtschaffen et Kales (1968), et étaient relus après l'enregistrement par l'auteur et par un spécialiste en lecture polysomnographique (revoir les critères au Chapitre Un, paragraphe I.A.2). Cette lecture a permis d'établir un hypnogramme pour chaque sujet et de déterminer précisément le stade dans lequel chaque stimulation avait été délivrée. 2- Moyennage des tracés EEG Les tracés EEG individuels ont tout d'abord été coupés en séquences de 1700 msec (200 ms avant et 1500 ms après le début de la stimulation). Puis, un ajustement de la ligne de base a été réalisé sur les 200 ms précédant le début de la stimulation (correspondant à l'état basal avant le traitement du stimulus) et une correction de la tendance linéaire a été effectuée sur chaque tracé (correspondant à un filtrage des fréquences très lentes inférieures à 0,1 Hz). De plus, les séquences contenant des mouvements oculaires ou des artefacts musculaires contaminant l'eeg ont été exclues de l'analyse. Une fois ces corrections réalisées, nous avons établi les réponses moyennes pour chaque sujet selon le type de prénom, la condition d'attention (active et passive à l'éveil) et/ou l'état de vigilance (éveil avant le sommeil, éveil après le sommeil, S1, S2, SLP et SP) et la position de l'électrode sur le scalp. Enfin, un filtrage digital de chaque moyenne individuelle a été réalisé avec une bande passante de 0,1 à 30 Hz (24 db/oct). Les moyennes individuelles ont constitué les données utiles à nos analyses statistiques de variance à mesures répétées. Afin d'illustrer visuellement les réponses de notre échantillon d'individus, nous avons constitué également des 'grandes moyennes', correspondant à la moyenne de l'ensemble des individus, pour chaque type de stimulus et de condition. De plus, l'enregistrement sur 30 électrodes nous a permis, au moyen de techniques de cartographie, d'étudier la distribution spatiale, en 2-D ou en 3-D, sur le 64

scalp des différentes composantes (souvent illustrées à leur maximum d'amplitude). Un logiciel de l'équipement Neuroscan a ainsi reconstruit des cartes isopotentielles du scalp où les valeurs de voltages étaient transformées en échelle de couleur. 3- Mise en évidence des différents potentiels de scalp A l'éveil, les 'grandes-moyennes' ont mis en évidence 4 composantes électriques nommées N1, P2, N2 et P3 (N et P pour négatif et positif, le chiffre pour l'ordre d'apparition). Leur topographie sur le scalp était fronto-centrale (Fz-Cz) pour le N1, centrale (Cz) pour le P2, fronto-centrale (Fz- Cz) pour le N2 et pariétale (Pz) pour le P3 (figure 14, voir aussi figure 16). Au cours du sommeil, des composantes de topographie comparable ont été observées dans des fenêtres de latence similaires à celles de l'éveil, ainsi qu'un complexe N3-P4 lors du S2 (voir figure 18). Figure 14 : Potentiels évoqués par les propres prénoms (PP) et les autres prénoms (AP) et leur représentation topographique sur le scalp au cours d'une condition passive (aucune instruction spécifique) d'éveil. A partir des 'grandes-moyennes', des fenêtres temporelles, c'est-à-dire des intervalles de latences, ont été définies pour chaque composante précitée et pour chaque condition. Elles ont servi à mesurer les valeurs d'amplitude et de latence des composantes de chaque moyenne individuelle. A cause du bruit de fond, il était parfois difficile d'observer chez certains sujets un seul pic dans une fenêtre : l'amplitude alors retenue était la valeur maximale dans la fenêtre, et la latence 65

correspondait à une extrapolation des branches ascendante et descendante de l'onde qui les enveloppait (selon les recommandations de l'ifcn, Goodin et coll., 1994). Pour les tracés où une réponse particulière n'était pas différenciée (telle que l'absence de P3 après les 'autres prénoms') la valeur maximale d'amplitude de la fenêtre correspondante était toutefois recueillie. Ces valeurs ont permis de calculer les moyennes individuelles (et leur écart-type) des amplitudes et latences de chaque composante (tableaux 1 et 2), et ont constitué les valeurs analysées statistiquement. 4- Analyse statistique des réponses électrophysiologiques a- Analyse des réponses obtenues après le propre prénom et les sept autres prénoms Dans un premier temps, il était nécessaire de rechercher si les réponses à chacun des 7 autres prénoms avaient des morphologies similaires entre elles et différentes de celles des propres prénoms. Le moyennage séparé de chacun des 8 prénoms montre qu'à l'éveil (en conditions active et passive avant le sommeil) les 7 moyennes spécifiques de chaque autre prénom (AP) ont présenté globalement la même morphologie (figure 15). Figure 1 5 : Potentiels évoqués en réponse aux 'propres prénoms' et aux 7 'autres prénoms' à l'éveil conditions passive et actives), en SP et en S2. 66

Par contre, elles ont présenté des morphologie sensiblement différentes de celles des propres prénoms (PP), et cela dès 200 ms après le début du stimulus (c'est-à-dire après la composante N1). Notamment les PP ont évoqué, à l'éveil, une composante positive de grande amplitude culminant vers 500 ms. Des tests t réalisés sur les amplitudes individuelles de cette positivité, en condition passive, ont confirmé que le PP évoquait une réponse significativement plus ample que chacun des AP (p < 0,01 lorsque le PP était comparé à n'importe lequel des AP), et que les AP évoquaient en revanche des amplitudes similaires entre eux (p non significatifs pour chaque comparaison). Pendant le sommeil, les moyennes de chacun des 7 AP ont présenté également des morphologies similaires entre elles et différentes de celles du PP. En SP et S2, une positivité de latence similaire à celle de l'éveil est apparue plus grande après le PP (figure 15). Ainsi, les résultats nous ont autorisé à moyenner entre elles les réponses obtenues après les 7 AP et donc de réduire la complexité des analyses statistiques suivantes. De plus, nous avons limité nos analyses statistiques aux électrodes de la ligne médiane (Fz, Cz et Pz) parce que les potentiels étaient connus pour être le mieux différenciés sur ces électrodes (voir aussi représentations cartographiques des figures 14, 16 et 18). Lorsque les représentations topographiques mettaient en évidence une latéralisation de composante, comme cela a été le cas pour le P3 au cours du SP, les amplitudes obtenues aux électrodes F3/F4, C3/C4 et P3/P4 (revoir figure 13) étaient soumises à des tests t appariés bilatéraux. b- Analyse des réponses obtenues à l'éveil Dans un premier temps, nous nous sommes proposé de rechercher les éventuelles variations des potentiels sur notre population en fonction des différentes conditions d'éveil. Les valeurs d'amplitude et de latence des composantes des 10 individus ayant réalisé un enregistrement de nuit (4 femmes et 6 hommes, 26 ± 4 ans), ont été soumises à une analyse de variance (ANOVA) à 3 facteurs avec des mesures répétées sur le type de prénom (PP contre AP), l'état d'attention (actif contre passif), la position par rapport au sommeil (avant contre après) et la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz). Cette analyse a permis de connaître quels étaient les facteurs (et les interactions de facteurs) qui avaient un effet significatif (avec une probabilité d'erreur inférieure à 5 %) sur les latences et/ou amplitudes de chaque composante, après une correction de Geisser-Greenhouse (si ε 1) (Geisser et Greenhouse, 1959). Enfin, des tests t appariés bilatéraux ont été réalisés lorsque les résultats étaient significatifs ou lorsque deux facteurs interagissaient (ce qui a été également le 67

cas pour les analyses suivantes). c- Analyse des réponses en fonction de l'état de vigilance Dans un deuxième temps, nous avons testé les variations globales de potentiels, notamment entre le PP et les AP, à travers les différents états de vigilance, c'est-à-dire à l'éveil et au cours des diverses phases de sommeil. Une analyse de variance (ANOVA), à 4 facteurs, a été réalisée sur les amplitudes et les latences de 7 individus, chez qui il a été possible d'exploiter les données dans tous les états de vigilance (3 femmes et 4 hommes, 25 ± 1 ans), avec des mesures répétées sur le type de prénom (PP contre AP), l'état de vigilance (Eveil contre S2 contre SP) et la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz). Nous avons choisi de comparer les résultats obtenus pendant le sommeil à la moyenne des deux conditions passives d'éveil (avant et après le sommeil), puisque l'analyse précédente n'a pas mis en évidence de différence significative entre ces deux conditions (voir le paragraphe des Résultats). De plus, le nombre de stimulations réalisées au cours du stade 1 et du sommeil lent profond (stades 3 et 4) ayant été trop peu important, les réponses moyennes obtenues dans ces phases de sommeil ont présenté un rapport signal sur bruit trop grand pour être exploitées. A cela s'ajoute, pour le sommeil profond, une prépondérance des ondes lentes, qui, comme elles n'étaient pas synchrones aux stimulations, ont empêché une analyse des potentiels évoqués de faible amplitude. Nous avons donc préféré ne pas inclure les données obtenues lors de ces deux stades de sommeil dans l'analyse statistique. d- Analyse en fonction de la présence ou l'absence d'un complexe K sur l'eeg après la stimulation Le complexe K (CK) est un macroévénement (amplitude 10 à 50 fois supérieure à un potentiel évoqué) qui apparaît sur l'eeg de façon spontanée ou suite à l'application d'une stimulation (Loomis et coll., 1939 ; Davis et coll., 1939 ; Roth et coll., 1956). Toutefois, la réciproque n'est pas vraie, puisqu'un stimulus n'évoque pas systématiquement un CK. Deux types de réponses sont donc différentiables au sein de l'ensemble des réponses obtenues en S2 : (i) les réponses concomitantes à l'apparition d'un complexe K de grande amplitude, et constituées la plupart du temps par l'ensemble des composantes déjà citées (N2-P3-N3-P4, revoir Chapitre Deux, paragraphe II.B.1) et dénommées réponses 'avec CK', et (ii) les réponses beaucoup moins voltées et dépourvues des composantes tardives N3-P4 et dénommées réponses 'sans CK'. Nous nous sommes proposé de moyenner séparément les réponses obtenues en présence ou en 68

absence d'un CK sur l'eeg, c'est-à-dire lorsque les composantes N3-P4 étaient apparentes ou non. Pour réaliser ces nouvelles moyennes, nous nous sommes basé sur des critères d'amplitude et avons considéré qu'une période d'eeg contenait un CK lorsque l'amplitude de l'une ou des deux composantes tardives, N3 ou P4, dépassait 50 µv (les périodes avec des pointes vertex, qui apparaissent vers 200-300 ms, et dont l'amplitude dépassait 50 µv ont été exclues de tout moyennage). Ces données nous ont permis de réaliser deux types d'analyses. D'une part, il est devenu possible de connaître la fréquence d'apparition d'un CK en fonction du type de stimulus (PP et AP) et donc de noter si la signification d'une stimulation pouvait avoir une incidence sur la probabilité d'apparition d'un CK. L'éventuelle association entre le type de réponse ('avec CK' et 'sans CK') et le type de prénom (PP et AP) a été analysée par des tests du χ 2, qui ont été réalisés sur l'ensemble de la population et pour chaque sujet. D'autre part, nous avons pu calculer, chez 9 de nos sujets (3 femmes et 6 hommes, 26 ± 4 ans), les amplitudes et les latences des composantes communes (N2 et P3) à ces deux types de réponses et les soumettre à une analyse ANOVA à 3 facteurs, avec des mesures répétées sur le type de réponses ('avec CK' et 'sans CK'), le type de prénom (PP contre AP) et la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz). De plus, les amplitudes et les latences du complexe de grande amplitude N3-P4, qui apparaissait exclusivement après les réponses 'avec CK', ont été testées par une ANOVA à 2 facteurs, avec des mesures répétées sur le type de prénom (PP contre AP) et sur la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz). Au cours de cette analyse, les composantes N1 et P2 n'ont pas été étudiées car elles étaient mal différenciées, voire inexistantes, sur les 'grandes-moyennes' (voir figure 20). Au même titre que les CK, il aurait été intéressant d'étudier les potentiels évoqués au cours de l'apparition des fuseaux de sommeil (bouffées d'activités rapides caractéristiques du S2), afin d'apporter des éléments de réponse quant à son rôle inhibiteur sur le traitement de l'information sensorielle (Yamadori, 1971), ou au contraire à sa fonction éveillante (Church et coll., 1978). Toutefois, la probabilité d'apparition simultanée d'une telle activité pendant l'envoi d'une stimulation était trop faible pour permettre une telle analyse ; pour cela, il aurait été nécessaire de déclencher l'apparition des stimulations au moment même où un fuseau était visible sur l'eeg. Cette problématique mériterait donc une étude spécifique pour être abordée. 69

5- Etudes des changements d'état observés après stimulation par le propre prénom Même si nous avions pris soin de classer chaque séquence de stimulations selon l'état de vigilance, il était possible que des microchangements d'état (tels qu'une faible augmentation de l'activité alpha) soient apparus après les stimulations, notamment suite à la présentation du propre prénom. Pour tester cette hypothèse, nous avons comparé les spectres fréquentiels des réponses aux AP précédant et suivant celles obtenues après un PP, en S2 et en SP. Pour cela, les puissances spectrales individuelles des réponses aux AP précédant et suivant un PP ont été moyennées pour chaque fréquence [delta (entre 1 et 3,5 Hz), thêta (entre 4 et 7,5 Hz), alpha (entre 8 et 12 Hz), bêta (entre 13 et 27 Hz)] et comparées par des tests t bilatéraux, en S2 et SP. Ces valeurs ont été recueillies aux électrodes où la fréquence était maximale pour chaque bande fréquentielle : Fz pour le delta et le bêta et Pz pour l'alpha et le thêta. 6- Analyse de l'incorporation des stimulus Les questions, proposées aux sujets à leur réveil, concernaient le contenu émotionnel, la sensation dominante et surtout les souvenirs auditifs. L'incorporation éventuelle des stimulations auditives a été classée en quatre niveaux (à partir de Zimmerman, 1970) : (1) incorporation nulle : le sujet n'a eu aucun souvenir de la stimulation ou d'une quelconque activité mentale au réveil, ou le sujet a eu des souvenirs mais aucune sensation auditive. (2) incorporation possible : le sujet a eu des souvenirs de type auditif, mais ils ne sont pas en rapport direct avec les stimulations envoyées au cours du sommeil. (3) incorporation évidente : une sensation auditive dominante a été ressentie, avec un lien étroit aux stimulations envoyées lors du sommeil. (4) stimulation entendue : le sujet a entendu les stimulations délivrées en tant que telles. 70

III- RESULTATS A- REPONSES ELECTROPHYSIOLOGIQUES PENDANT L'EVEIL Les potentiels évoqués auditifs classiquement décrits au cours des paradigmes 'oddball' en réponse à des sons purs (c'est-à-dire N1, P2, N2 et P3) ont été également observés dans notre étude à l'éveil. Les potentiels N2 et P3 sont apparus avec des amplitudes plus grandes après les propres prénoms (PP) qu'après les autres prénoms (AP). Ces différences d'amplitude ont été observées dans les deux conditions d'attention (active et passive) et aussi bien avant qu'après un sommeil (voir les 'grandes moyennes', figure 16). Les valeurs maximales des moyennes d'amplitude des composantes (en Cz pour N1, P2 et N2, et en Pz pour P3) et des latence correspondantes sont représentées dans le tableau 1. Figure 16 : Potentiels évoqués en réponse aux 'propres prénoms' (PP) et aux 'autres prénoms' (AP) à l'éveil pour les deux conditions d'attention (passive et active) et selon la position par rapport au sommeil (avant et après), et représentations topographiques sur le scalp de la composante P3 obtenue pour les PP (à son maximum d'amplitude, c'est-à-dire autour de 500 ms). La durée de la stimulation (1ère et 2nde syllabe) figure sous les tracés obtenus en condition passive avant le sommeil. 71

L'analyse de variance (ANOVA) a montré un effet significatif du type de prénom (PP contre AP) sur l'amplitude du N2 et sur celle du P3 (respectivement F1;9 = 23,346 ; p = 0,0007 et F1;9 = 103,738 ; p = 0,0001), ces composantes étant plus amples après le PP qu'après les AP. Le type de prénom avait aussi un effet sur les latences du P2 et du P3 qui étaient significativement retardées après les AP (respectivement F1;9 = 10,621 ; p = 0,0099 et F1;9 = 30,338 ; p = 0,0004). PROPRES PRENOMS AUTRES PRENOMS N1 P2 N2 P3 N1 P2 N2 P3 Eveil avant Actif Passif -5,44±3,4 156±33,2-5,2±4,3 2±3,3 230,7±43 1,6±2,7-6±6,4 308,2±33,1-6,5±4,3 23,8±6,7 455,8±54,6 14,4±7,2-5,4±2,2 156,7±16,8-4,3±2,7 2,7±3,1 250,8±29,6 2,4±2,5-0,5±4,7 316,3±41,9-1,6±2,7 6,7±3,9 555,7±51,4 4,9±3,3 156,4±33,7 221,5±42,3 321±39,2 511,2±46,9 161,2±19,3 249,9±21,7 319,9±31,1 596,2±53,1 Eveil après Actif Passif -4,7±5,1 165,9±39,3-4,9±3,6 3,9±3,5 228±38,9 3,4±4,1-2,4±3,2 286,4±37,3-2,3±3,7 19,5±7,1 485,9±51,6 12,8±6,3-3,8±1,9 147,6±13,7-3,7±1,3 3,2±2,8 252,2±24,5 2,2±2,6-0,4±3,4 317,3±33,2-0,7±2,9 4,4±2,3 574,5±68,7 3,5±1,8 155,9±34,6 217±28,8 323,3±45,5 508,8±44 163,6±20,8 247,6±27 302,3±29,3 603,3±69,6 Tableau 1 : Moyennes, ± déviations standards, des valeurs maximales d'amplitudes (en µv) et des latences (en ms) des composantes obtenues avant et après le sommeil pour les PP et les AP, dans les 2 conditions d'attention (passif et actif). Concernant l'état d'attention (passive contre active), nous avons noté un effet significatif sur le P3 dont l'amplitude était diminuée en condition passive (F1;9 = 8,218 ; p = 0,0186). Toutefois, cette baisse d'amplitude était significative seulement pour les réponses obtenues avant le sommeil, comme cela a été suggéré par l'interaction existant entre l'état d'attention et la position par rapport au sommeil (F1;9 = 5,179 ; p = 0,0489) et les tests post-hoc (t9 = 3,7 p = 0,0047 entre les conditions active et passive en pré- sommeil ; mais non significative, n.s., entre les 2 conditions en postsommeil). L'état d'attention a eu également un effet sur la latence du P3 qui était retardée en condition passive (F1;9 = 7,24 ; p = 0,0248). De la même manière que pour les amplitudes, les valeurs étaient significatives seulement avant le sommeil, comme le montre l'interaction entre l'état d'attention et la position par rapport au sommeil (F1;9 = 5,384 ; p = 0,0455) et les tests post-hoc (t9 = - 2,9 p = 0,0184 entre les conditions active et passive pré-sommeil ; n.s. entre les 2 conditions postsommeil ; figure 17). La position par rapport au sommeil (avant contre après) a présenté un effet significatif sur la 72

latence du P3 qui était retardée après le sommeil (F1;9 = 26,8 ; p = 0,0006). Toutefois, le retard était significatif seulement au cours de l'attention active comme le montre l'interaction entre la position par rapport au sommeil et l'état d'attention (F1;9 = 5,384 ; p = 0,0455) et les test post-hoc (t9 = 5 p = 0,0007 entre la condition active pré- et celle post-sommeil ; n.s. entre la condition passive pré- et celle post-sommeil ; figure 17). De plus, une interaction entre l'état d'attention et la position par rapport au sommeil a été notée sur l'amplitude du P3 (F1;9 = 5,179 ; p = 0,0489) et montrait que celle-ci diminuait après le sommeil seulement au cours de la condition active (t9 = -2,7 p = 0,0245 entre la condition active pré- et celle post-sommeil ; n.s. entre les 2 conditions passives ; figure 17). Enfin, la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz) a eu un effet significatif sur les amplitudes de toutes les composantes, N1, P2 et N2 étant maximales en Cz, et P3 en Pz (respectivement F2;9 = 8,39 ; p = 0,0114 ; F2;9 = 12,101 ; p = 0,003 ; F2;9 = 11,531 ; p = 0,0006 ; F2;9 = 68,591 ; p = 0,0001). Figure 17 : Valeurs moyennes des latences (à gauche) et des amplitudes (à droite), ± déviation standard, de la composante P3 à l'éveil (moyenne des 3 électrodes), avant et après un sommeil, au cours des conditions d'attention passive et active. En résumé, l'anova a montré : - que les amplitudes des composantes N2 et P3 étaient augmentées après les propres prénoms, comparativement aux autres prénoms ; - que l'amplitude du P3 était diminuée et sa latence retardée au cours de la condition passive par rapport à la condition active, mais seulement avant le sommeil ; et - que l'amplitude du P3 était diminuée et sa latence retardée à l'éveil post-sommeil comparativement à l'éveil pré-sommeil, mais seulement au cours de la condition active. 73

B- REPONSES AUX STIMULATIONS PENDANT LE SOMMEIL 1- Influence des stimulations sur la structure du sommeil (hypnogrammes) et sur les réponses succédant à un propre prénom (analyse fréquentielle) Les hypnogrammes des siestes n'ont pas été établis en raison de la faible quantité de sommeil obtenue chez les sujets, l'intensité des stimulations les réveillant systématiquement (revoir paragraphe II.B). Les hypnogrammes correspondant aux nuits sont représentés en annexe 2. Pour 2 sujets, l'hypnogramme nocturne n'a pas été établi : le premier n'est arrivé à dormir qu'une heure (15 minutes de stade 2 puis 40 minutes de sommeil lent profond), et les fichiers EEG du deuxième n'ont pas pu être exploités après une heure et demie de sommeil, en raison d'un problème technique. Le sommeil des 8 autres sujets, qui a duré en moyenne 6h45 ± 1h14, a été constitué de 52,7 % de S2, 20,7 % de SLP et 16,5 % de SP, le reste représentant du stade 1. L'analyse des 8 hypnogrammes exploitables montre que les 2/3 des sujets ont eu un sommeil relativement agité, avec une désorganisation de la structure du sommeil, des changements fréquents de stade et quelques réveils aux stimulations, l'autre tiers ayant présenté un sommeil normalement organisé. Malgré cette forte proportion de nuits désorganisées, le questionnaire de fin d'expérience a montré que les participants n'ont pas estimé avoir passé une très mauvaise nuit. Seul un sujet a déclaré avoir passé une nuit de très mauvaise qualité avec un sommeil peu profond, les autres dormeurs ayant considéré pour 1/3 d'entre eux que leur sommeil était de qualité moyenne et pour 2/3 d'entre eux que leur sommeil avait été profond et d'assez bonne qualité. De plus, sur les 10 enregistrements nocturnes réalisés, 9 ont pu fournir un nombre suffisant de réponses aux stimulations-prénoms nécessaire à leur exploitation, c'est-à-dire supérieur ou égal à deux séries de 80 stimulus en sommeil paradoxal (deux séries ayant été nécessaires à l'éveil en condition passive pour réduire sensiblement le bruit de fond de l'eeg) et supérieur ou égal à quatre séries en stade 2 (deux types de réponses étant différenciées au cours de ce stade). Toutefois, deux sujets n'ont pas pu fournir le nombre suffisant de réponses en sommeil paradoxal ; ils n'ont donc pas été inclus dans l'analyse globale qui regroupait tous les états de vigilance. Concernant les éventuels microchangements d'état (fréquentiels) pouvant être induits par les stimulations et particulièrement par le PP, les tests t n'ont révélé aucune différence significative. Les puissances spectrales des différentes bandes testées (delta, thêta, alpha et bêta) étaient similaires en réponses aux AP précédant et succédant à un PP, à la fois en S2 et en SP, exceptée pour la bande alpha dont la puissance spectrale était plus importante (mais à la limite de la 74

significativité) aux AP succédant à un PP en S2 (t8 = -2,4 ; p = 0,045). 2- Incorporation des stimulations dans l'activité mentale Après dépouillement des réponses au questionnaire des 10 sujets enregistrés, il est ressorti que : - trois sujets n'ont eu aucun souvenir de rêves ou de pensées, - deux autres n'ont eu que des souvenirs de type visuel (ils ont été réveillés après une période de S2), - et cinq autres sujets ont eu des souvenirs à contenu auditif. Pour deux sujets (réveillés après une période de S2), les sensations auditives n'avaient pas de rapport avec les prénoms envoyés au cours de la nuit. Pour le troisième, le souvenir (rapporté après une période de SP) faisait référence à des prénoms qu'il avait inscrit sur la liste réclamée avant le test (voir paragraphe II.B). Le dernier sujet a rêvé d'un collègue de travail qui avait le même prénom qu'un des 7 AP utilisés comme stimulation au cours de la nuit. Ce sujet se trouvait en SP au cours de l'envoi de la dernière série de stimulations qui précédait immédiatement le réveil. 3- Réponses électrophysiologiques de sommeil a- Réponses en fonction de l'état de vigilance En plus des composantes déjà décrites à l'éveil (N1, P2, N2 et P3) et observées également en stade 2 (S2) et en sommeil paradoxal (SP), un complexe tardif dénommé N3-P4 (correspondant aux déflexions de grande amplitude du complexe K) a été observé au cours du S2 (figure 18). PROPRES PRENOMS AUTRES PRENOMS N1 P2 N2 P3 N3 P4 N1 P2 N2 P3 N3 P4 Eveil -4±2,4 156,4±33,7 2,8±3,2 221,5±42,3-4,6±2,6 321±39,2 14,5±5,1 520,9±61-2,3±3,5 911,6±99,1 3,2±1,4 1270±120-3,4±2,3 161,2±19,3 3±2,3 249,9±21,7-1±2,5 319,9±31,1 5±2,8 603±61,9-0,6±1,5 848,6±66,6 2,2±0,9 1267,5±15 S2-1,3±3,6 166,7±44,4 4,2±3,5 249±39,3-6,3±3,5 402±65,4 8±7,8 604,8±68,8-15,8±12,6 856,7±61,1 6,9±3,8 1286,6±86-1,9±2,3 177,4±30,6 1,8±3 247,1±36,9-7,8±4,8 403,2±57,6 2,1±5,3 558,1±72,9-14,6±10,6 826,7±103 3,6±3,3 1287±99,8 SP -4,7±4,5 167,6±33,7 1±2,5 249,2±48,3-4,8±3,5 361,1±43,6 9±6,7 555,6±96,2-6±3,5 977,6±92,5 4,8±1,9 1386±62,4-2,9±2 172,3±24,1 1,2±2,3 261,5±35,7-2,5±2,7 408,1±34,6 1,3±4 634,4±87,4-2,8±3,1 865,7±83 1,4±1,3 1265±125 Tableau 2 : Moyennes ± déviations standards des valeurs maximales d'amplitudes (en µv) et des latences (en ms) des composantes obtenues à l'éveil et lors du sommeil, après les PP et les AP. 75

Le tableau 2 et la figure 19 illustrent les valeurs moyennes des amplitudes maximales (en Cz pour N1, P2 et N2, en Pz pour P3, et en Fz pour N3 et P4) et des latences correspondantes, ainsi que les déviations standards, des différentes composantes en réponses aux PP et aux AP, à l'éveil (moyenne des conditions passives pré- et post- sommeil), en S2 et en SP. Figure 18 : Potentiels évoqués en réponse aux PP et aux AP enregistrés à l'éveil, en SP et en S2, et représentations topographiques sur le scalp en 3-D de la composante P3 obtenue pour les PP (à sa valeur maximale, c'est-à-dire autour de 500-600 ms). L'échelle de voltage des représentations topographiques est différentes pour chaque état de vigilance. 76

L'analyse de variance (tableau 3) a montré principalement un effet significatif du type de prénom (PP contre AP) sur l'amplitude du P3, qui se trouvait augmentée en réponse au PP, au cours des trois états de vigilance (éveil, S2 et SP) (voir l'absence d'interaction entre le type de prénom et l'état de vigilance sur cette composante), et cela pour l'ensemble des individus (voir les valeurs d'amplitudes individuelles tableau 4). Le type de prénom a eu également un effet sur l'amplitude du P4, qui était significativement plus grande après le PP. Toutefois, cette augmentation était significative seulement au cours du SP comme cela est montré par l'interaction presque significative (p<0,06) existant entre le type de prénom et l'état de vigilance, et les tests post-hoc (t6 = 4,3 ; p = 0,0053 en SP, non significatif à l'éveil et en S2). Ces deux facteurs interagissaient également sur l'amplitude du N2, qui s'est trouvée augmentée par les PP seulement au cours de l'éveil (t8 = -4,6 ; p = 0,0017 à l'éveil, non significatif en SP et en S2). Figure 19 : Amplitudes moyennes, ± erreur standard, des composantes N1, P2, N2, P3, N3 et P4 au cours de l'éveil, du stade 2 (S2) et du sommeil paradoxal (SP) en réponse aux propres prénoms et aux autres prénoms. 77

N1 P2 N2 P3 N3 P4 type de prénom F (1,6) F = 83,41 p = 0,0001 F = 17,986 p = 0,0054 état de vigilance F (2,12) F = 7,347 p = 0.0135 F = 6,228 p = 0,04 F = 6,981 p = 0,0284 position électrode F (2,12) F = 6,395 p = 0,0354 F = 5,972 p = 0,0376 F = 3,929 p = 0,0537 F = 42,115 p = 0,0001 F = 7,916 p = 0,0247 prénom x état F (2,12) F = 39,072 p = 0.0279 F = 4,227 p = 0,06 prénom x électrode F (2,12) F = 6,449 p = 0,0351 état x électrode F (4,24) F = 4,371 p = 0,0339 F = 10,62 p = 0,0104 F = 7,778 p = 0,0088 prénom x état x élect. F (4,24) F = 3,785 p = 0,0477 Tableau 3 : Valeurs significatives (après une correction de Geisser-Greenhouse) des ANOVA réalisées sur les amplitudes des composantes N1, P2, N2, P3, N3 et P4, pour les 3 facteurs et leurs interactions : type de prénom (PP contre AP), état de vigilance (éveil contre S2 contre SP) et position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz) L'état de vigilance (éveil contre S2 contre SP) a eu pour sa part un effet significatif sur les amplitudes des composantes N2, N3 et P4 5. L'amplitude du N2 augmentait significativement au cours du S2, comparativement à l'éveil et au SP, ainsi que les composantes N3 et P4, qui étaient quasi-inexistantes à l'éveil et en SP. Par contre, aucun effet de l'état de vigilance n'a été observé sur l'amplitude du P3, confirmant que l'augmentation de cette composante au PP était significative aussi bien à l'éveil qu'au cours du sommeil. Quant à la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz), elle a eu un effet significatif sur toutes les composantes, exceptée la composante P4, ce qui est en accord avec leur distribution bien définie sur le scalp. Les tests t, qui ont permis d'analyser spécifiquement les différences hémisphériques de l'amplitude du P3 en SP, n'ont montré aucune différence significative entre les électrodes F3 et F4 et entre les électrodes C3 et C4. Par contre, ils ont montré que l'amplitude du P3 était plus grande sur l'électrode P3 (à gauche) que sur l'électrode P4 (à droite) (t6 = 2,8 ; p = 0,0296). Enfin parmi les interactions de facteurs observées, l'état de vigilance couplé à la position de l'électrode ont présenté un effet sur les amplitudes de N3 et P4, suggérant que les deux composantes développaient une amplitude maximale sur l'électrode Fz en S2 et sur Pz en SP. Concernant les latences, les ANOVA ont montré un effet global du type de prénom sur le N3 5 Même si aucun effet significatif de l'état de vigilance n'a été observé sur l'amplitude du N1, il est intéressant de noter que ce potentiel est très mal différencié au cours du S2 (voir les 'grandes moyennes' figure 18). 78

seulement (F1;6 = 10,056 ; p = 0,0193), cette composante étant retardée en réponse aux PP. Un effet significatif de l'état de vigilance a, de plus, été remarqué sur la latence du N2 (F2;12 = 17,434 ; p = 0,0038), correspondant à un retard d'apparition en S2 et en SP comparativement à l'éveil. Enfin, une interaction entre l'état de vigilance et le type de prénom a été constatée sur la latence du P3 (F2;12 = 8,874 ; p = 0,0047), qui, après analyse post-hoc, a montré que la réponse au PP était significativement retardée en S2 comparativement à l'éveil (t8 = -2,6 ; p = 0,036 ; non significatif entre l'éveil et le SP et entre le SP et le S2). Cela suggère que le P3 était plus précoce à l'éveil, plus tardif en S2 et intermédiaire en SP. Eveil Stade 2 Sommeil Paradoxal PP AP PP AP PP AP sujet n 1 19,8 5,8 2,8-3,1 4,2 -,8 sujet n 2 13,1 2,8 18,6 9,8 22 9,4 sujet n 3 13,1 3,3-5 -4,6 9,1-1,8 sujet n 4 5,4 2,1 14,5 6,7 5,9 3,3 sujet n 5 12,8 3,8 9,8 4,8 6,6-1,3 sujet n 6 20,4 6,1 11,6 -,6 13 1,2 sujet n 7 12,4 3,2 15,1 7,8 2,2-1 sujet n 8 21,4 10,9,3,6 sujet n 9 12 7 4,3-2,5 amp. moyenne 14,5 5 8 2,3 9 1.3 dév. standard 5,1 2.8 7,8 5,3 6,7 4 Tableau 4 : Valeurs individuelles d'amplitude du P3 (en Pz) en réponse aux PP et AP au cours de l'éveil passif (moyenne des conditions pré- et post- sommeil), en S2 et en SP. b- Réponses spécifiques au stade 2 de sommeil Deux types de réponses ont été observées après les stimulations au cours du stade 2 (S2) de sommeil. Soit les réponses présentaient de grandes amplitudes et étaient 'complètes', c'est-à-dire constituées de toutes les composantes tardives habituellement décrites (N2, P3, N3 et P4) : elles étaient alors dénommées réponses 'avec CK'. Soit les réponses étaient beaucoup moins voltées, en raison de l'absence des composantes tardives N3 et P4, et étaient constituées des composantes N2 79

et P3 : elles était alors dénommées réponses 'sans CK' (figure 20). Figure 20 : Potentiels évoqués en réponse aux PP et aux AP en S2, en présence (réponses 'avec CK') et en absence (réponses 'sans CK') d'un complexe K sur l'eeg. Les représentations sur le scalp des principales composantes (N2, P3 et/ou N3, P4) ont également été figurées. Les fréquences d'apparition des réponses en fonction du type de prénom sont représentées figure 21. Elles montrent globalement qu'il était plus fréquent d'obtenir des réponses 'sans CK' isolées que des réponses 'avec CK'. De plus, aucune relation n'a été révélée entre le type de réponse et le type de prénom par les tests de χ 2 réalisés sur l'ensemble des individus (χ 2 = 0,1; p = 0,7074), cette tendance étant confirmée par les tests de χ 2 réalisés individuellement (excepté un sujet). Les ANOVA réalisées sur les composantes électrophysiologiques ont révélé tout d'abord, que les amplitudes et les latences du complexe tardif N3-P4 de grande amplitude, spécifique aux réponses 'avec CK', n'étaient pas influencées par le type de prénom (PP contre AP). Seule la position de l'électrode a présenté un effet significatif sur l'amplitude du N3 (F2;16 = 6,158 ; p = 0,0367) et presque 80

significatif sur celle du P4 (F2;16 = 4,829 ; p = 0,055), reflétant, surtout pour le N3, une distribution sur le scalp prédominante en regard des régions frontales (électrode Fz). Figure 21 : Pourcentage des réponses ('avec CK' et 'sans CK'), ± déviation standard, obtenues après les AP et les PP au cours du stade 2. En ce qui concerne la partie plus précoce, N2-P3, un effet très significatif du type de prénom a été révélé par l'anova sur l'amplitude de la composante P3 (F1;8 = 16,164 ; p = 0,0038) qui se trouvait augmentée après le PP, comparativement aux AP, aussi bien pour les réponses 'avec CK' (t8 = 2,6 ; p = 0,0312) que pour les réponses 'sans CK' ne possédant que les composantes N2-P3 (t8 = 3,3 ; p = 0,011). De plus, un effet significatif du type de réponse ('avec CK' contre 'sans CK') a été observé sur l'amplitude du P3 (F1;8 = 6,594 ; p = 0,0332), celle-ci étant plus positive pour les réponses 'sans CK'. Cette augmentation était particulièrement significative en regard des régions frontales, comme cela a été montré par l'interaction qui est apparue entre le type de réponse et la position de l'électrode (F2;16 = 5,059 ; p = 0,0447) et les tests post-hoc (t8 = 4,4 ; p = 0,0022 pour Fz : non significatif pour Cz et Pz). L'effet inverse a été observé pour le N2, qui était significativement plus ample pour les réponses 'avec CK' (F2;16 = 64,936 ; p = 0,0001). Quant à la position de l'électrode, elle a eu un effet significatif sur l'amplitude du P3 (F2;16 = 14,636 ; p = 0,0013), reflétant une distribution préférentielle sur le scalp en région pariétale (électrode Pz). Enfin, aucun effet n'a été noté sur les latences des N2 et P3, ce qui suggère que ces composantes culminaient dans la même fenêtre temporelle pour les réponses 'avec CK' et pour les réponses 'sans CK'. 81

En résumé, les ANOVA réalisées entre les différents états de vigilance ont montré : - que l'amplitude du P3 était augmentée après les propres prénoms comparativement aux autres prénoms dans tous les états de vigilance (SP, S2, en présence et en absence de CK) ; - que la latence du P3 était plus précoce à l'éveil, plus tardive en S2 et intermédiaire en SP ; - que les amplitudes des composantes N2, N3 et P4 étaient augmentées au cours du S2 avec CK comparativement aux autres états de vigilance ; - que les composantes tardives N3 et P4, spécifiques des réponses 'avec CK', n'étaient pas influencées par la nature du stimulus. 82

IV- DISCUSSION Cette étude suggère que des réponses électroencéphalographiques différentielles apparaissent à la présentation du propre prénom du sujet, même en l'absence de consigne spécifique, non seulement à l'éveil, mais aussi au cours du sommeil paradoxal et du stade 2, en présence ou en l'absence de complexe K concomitant sur l'eeg. A- REPONSES OBTENUES A L'EVEIL 1- Validation du paradigme employé Afin de pouvoir appliquer notre paradigme pendant le sommeil, nous avons dû d'abord le valider à l'état de veille. En effet, il était nécessaire de montrer que les réponses électrophysiologiques obtenues à l'éveil après le propre prénom (PP) du sujet étaient significativement différentes de celles obtenues après d'autres prénoms (AP). Nous avions pour cela à l'appui des données qui montraient que le propre prénom du sujet évoquait des potentiels endogènes spécifiques, notamment une composante de type P300 (ou P3) (Fischler et coll., 1987 ; Berlad et Pratt, 1995 ; Folmer et Yingling, 1997). Dans notre étude, nous avons pu mettre en évidence l'apparition, vers 500 ms, d'une positivité 3 à 4 fois plus ample après le propre prénom (PP) du sujet qu'après d'autres prénoms (AP) 6. De plus, nous avons pu montrer, grâce à l'usage d'un paradigme de stimulations équiprobables, que la réponse P3 était spécifique à la signification intrinsèque du PP, et non dépendante de sa probabilité d'occurrence (ou si un effet probabilité existait, il était le même pour toutes les stimulations). Cette spécificité de la réponse à la valeur intrinsèque de la stimulation ne pouvait pas être mise en évidence dans les études précitées car, soit la méthodologie était trop éloignée des paradigmes de type P300 (Fischler et coll., 1987), soit les stimulations employées n'étaient pas délivrées de façon équiprobable (Berlad et Pratt, 1995 ; Folmer et Yingling, 1997) et dans ce cas il n'était pas possible de faire la part entre ce qui était dû à la signification intrinsèque et à la probabilité d'occurrence du stimulus. 6 Il est intéressant de noter que les AP développaient aussi une activité positive dans la fenêtre du P3, entre 300 et 600 ms (tableau 1, figures 12 et 13). Cette activité était toutefois significativement plus petite que le P3 aux PP mais également plus tardive. Cette différence de latence peut être expliquée par le fait que l accès lexical du PP est certainement plus rapide (compte tenu de sa répétition tout au long de la vie) que celui des AP, ce qui rend la détection du PP plus facile (Polich et Donchin, 1988). Dans ce contexte, il serait intéressant d enregistrer les réponses aux prénoms des personnes proches du sujet, afin de voir en quoi les potentiels du PP diffèrent des potentiels d autres prénoms pertinents. 83

Les caractéristiques du P3 de notre étude sont apparues sensiblement similaires à celles du potentiel cognitif P300 enregistré dans les tâches de détection de tonalités cibles, et qui est connu (i) pour être influencé par la pertinence de la tâche (Donchin et Cohen, 1967) et (ii) pour apparaître après un stimulus qui est attendu et imprévisible (Sutton et coll., 1965 ; pour une revue voir Picton, 1992). Or, dans notre paradigme, le propre prénom était particulièrement pertinent comparativement aux autres prénoms et était à la fois attendu de façon inhérente (à cause de sa répétition tout au long de la vie) et non prédictible (car la présentation des prénoms était aléatoire). De plus, les similitudes entre les deux composantes se retrouvent en terme de représentation topographique sur le scalp, dont les amplitudes sont maximales autour des électrodes pariétales (particulièrement le module P3b) (voir aussi les propriétés communes au paragraphe suivant). Nous pouvons donc suggérer que la composante P3 observée dans notre étude appartient à la grande famille des P300 décrites au Chapitre Deux (paragraphe I.D.2.c). Une des différences observée entre le P3 de notre étude et le P300 concerne la latence d'apparition. Comme cela a déjà été rapporté (voir par exemple Kutas et coll., 1977 ; Müller et Kutas, 1996), la latence du P3 à des mots (d'environ 500 ms) est retardée par rapport à ce qui est observé après des tonalités (300 ms). Ainsi, le décalage enregistré est probablement la conséquence de la différence de durée des stimulus : 500 à 600 ms pour les prénoms, 50 à 60 ms pour les tonalités. En effet, avant de pouvoir détecter son PP (dissyllabique) le sujet doit posséder suffisamment d'information pertinente, ce qui l'oblige à attendre au moins la seconde syllabe, c'està-dire environ 150 à 200 ms (voir figure 16). Toute la cascade des événements électrophysiologiques propres au traitement de stimulations cibles doit alors se mettre en route à partir de ce point 'critique' et se conclure par la positivité, vers 500 ms, ce qui est en accord avec ce que l'on connaît du comportement habituel de la latence du P300. Cette hypothèse suggère que le premier N1, culminant vers 150-160 ms, apparaît en réponse à la première syllabe, et qu'un deuxième N1 (réponse systématique à l'apparition d'un son et donc peut-être de chaque syllabe) se développe 150-160 ms après la deuxième syllabe, suivi des réponses N2-P3. Ce deuxième N1 pourrait correspondre à la négativité située entre le N1 et le N2 des représentations de nos 'grandes moyennes', surtout apparente au cours des conditions passives (figure 16). Enfin, il est intéressant de noter que l'émergence du P3, signe probable de la fin du traitement du PP (Desmedt, 1980 ; Donchin et Coles, 1988 ; Verleger, 1988), se fait bien avant la fin de la stimulation. Ainsi, cette observation corrobore d'une certaine façon l'hypothèse selon laquelle les processus de reconnaissance d'un mot se feraient bien avant la fin physique du mot (voir par exemple VanPetten et coll., 1999). 84

Il semble donc que le propre prénom du sujet, présenté de façon équiprobable parmi une série de 7 autres prénoms, constitue une cible implicite (pertinente pour chaque individu même si aucune instruction n'est donnée), capable d'évoquer une réponse électrophysiologique cognitive bien différentiable. C'est pourquoi nous pensons que le propre prénom est une stimulation suffisamment pertinente pour nous aider à rechercher les capacités du cerveau endormi à discriminer la signification intrinsèque d'un stimulus au cours du sommeil. 2- Effet de l'attention et du niveau de vigilance sur les réponses électrophysiologiques d'éveil Les réponses électrophysiologiques d'éveil montrent que seule la composante P3 fluctue en fonction de l'attention portée au PP ou en fonction de la position du test par rapport au sommeil, les composantes N1, P2 et N2 n'étant pas, ou très peu, sujettes à de telles variations. Les diminutions d'amplitude et les retards d'apparition du P3 observés dans notre étude au cours d'une simple condition d'attention passive (sans instruction spécifique) par rapport à une condition d'attention active (comptage du PP) ne sont pas sans rappeler les variations obtenues, au cours de paradigmes 'oddball', après des tonalités déviantes (pour une revue voir Picton, 1992). La difficulté à discriminer un stimulus cible, particulièrement en situation de double tâche (c'est-à-dire lorsque le sujet doit réaliser deux tâches en même temps), est connue pour faire diminuer l'amplitude de la composante P300 (pour une revue voir Picton, 1992). Certains auteurs, comme Kok (1997), ont proposé que la diminution d'amplitude de la composante P300 pouvait être le reflet d'une diminution des ressources attentionnelles allouées à la tâche de discrimination de la stimulation cible. En ce qui concerne les retards de latence, ils seraient le signe d'un délai supplémentaire nécessaire à l'évaluation et à la catégorisation du stimulus cible (Kutas et coll., 1977 ; McCarthy et Donchin, 1981). Les mêmes phénomènes sont probablement à l'origine des modifications observées sur le P3 de notre étude, c'est-à-dire une diminution des ressources attentionnelles allouées pour catégoriser le PP et une augmentation du temps nécessaire pour le faire lorsque le sujet écoute passivement les stimulations comparativement à lorsqu'il compte le PP. Enfin, il est à noter que ces effets n'ont été observés qu'à l'éveil avant un sommeil et non après, peut-être en raison d'un certaine habituation à la tâche de détection, donc à une homogénéisation des réponses en conditions passive et active après le sommeil. 85

Les modifications du P3 observées au cours de nos deux états de vigilance concernent également sa latence et son amplitude, qui se trouvent respectivement retardée et diminuée en éveil postsommeil. Cette propriété a déjà été rapportée au cours d'études usant des paradigmes 'oddball' de tonalités à l'éveil et réalisées à divers degrés de vigilance, allant de la somnolence aux états d'hyperattention. Par exemple, dans l'étude de Bastuji et coll. (1995), des retards d'apparition et des diminutions d'amplitude de la composante 'P300' ont été observés lorsque les auteurs stimulaient les sujets le soir avant de dormir comparativement à la mi-journée. Cette même équipe a pu montrer, plus récemment, que les latences et les amplitudes du P300 était également modifiées (retardées et diminuées) lors d'un réveil provoqué pendant une sieste par les stimulations, comparativement à un éveil précédant la sieste (Bastuji et García-Larrea, 1998 ; García-Larrea et coll., 2001). Ces modifications seraient ainsi, dans un tel protocole dit de 'réveil forcé', les signes électrophysiologiques du phénomène d'inertie de sommeil (ou 'somnolence ascendante'), qui peut être défini comme étant la difficulté à récupérer une activité cognitive de base au réveil (Lubin et coll., 1976 ; Dinges, 1989). Le fait que dans notre étude, les sujets n'aient pas été réveillés par les stimulations au cours d'une sieste, mais qu'ils aient été stimulés 10 minutes après leur réveil d'une nuit de sommeil ne change en rien, à notre avis, l'interprétation des résultats. En effet, nous pouvons suggérer que nos sujets présentaient au réveil une véritable inertie secondaire de sommeil, c'est-àdire un degré moindre d'attention disponible pour réaliser le traitement de l'information sensorielle, reflétée à la fois par une diminution de l'allocation d'attention (d'énergie) allouée à la détection et par un retard d'évaluation des stimulations. Enfin, cette inertie affecterait surtout les sujets au cours de tâches de détection active (comme lors d'un comptage) et non passive, c'est-à-dire provoquerait essentiellement une atténuation de la discrimination volontaire, ou 'contrôlée', alors que la discrimination 'automatique' resterait sensiblement inchangée. B- REPONSES AUX STIMULATIONS PENDANT LE SOMMEIL Globalement, si nos données comportementales ne fournissent que de maigres résultats en faveur d'une intégration des stimulations au cours du sommeil, les données électrophysiologiques montrent, quant à elles, que le cerveau endormi réagit différemment en réponse à une stimulation possédant un sens intrinsèque, qu'à d'autres qui n'ont que très peu d'importance pour lui. Jusqu'à présent, les études montraient seulement qu'une détection des caractéristiques physiques (fréquence, intensité ou probabilité d'occurrence) du stimulus était possible tout au long du sommeil (pour une revue voir Bastuji et García-Larrea, 1999). Seule une étude, publiée en même 86

temps que la nôtre, a permis de rechercher si le cerveau endormi pouvait réaliser une détection plus élaborée (que la simple analyse des caractéristiques physiques), en employant également un paradigme incluant le propre prénom (Pratt et coll., 1999). Toutefois, si les auteurs de cette étude ont montré que le sujet endormi, en stade 2, évoquait une réponse différente après le propre prénom comparativement à un autre mot, ils ne pouvaient conclure que le cerveau endormi était capable de discriminer la signification intrinsèque des stimulations. En effet, les stimulus envoyés à leurs dormeurs n'étant pas équiprobables (70 % contre 30 %), il n'était pas possible de faire la différence entre le traitement de la probabilité d'occurrence (et donc l'habituation) et la discrimination sémantique du stimulus. Nous pensons donc que notre étude est la première à avoir montré que le cerveau endormi est à même de discriminer le sens d'un stimulus au cours du sommeil paradoxal et tout au long du stade 2. 1- Influence des stimulations sur le contenu mental et sur la structure du sommeil Il n'est pas possible, à partir des réponses obtenues à notre questionnaire, d'affirmer que les stimulations ont pu être intégrées dans l'activité mentale et/ou onirique, comme cela a été rapporté par d'autres auteurs (Foulkes, 1966 ; Zimmerman, 1970 ; Bradley et Meddis, 1974 ; Burton et coll., 1988). Même si chez un sujet l'incorporation des stimulations a pu se faire, la non reproductibilité de ce phénomène empêche toute confirmation ou infirmation d'incorporation. De plus, il semble difficile, à partir de nos résultats, de se prononcer quant à l'hypothèse avancée par Freud, selon laquelle le contenu (et/ou contenant) des stimulations entendues au cours de la nuit serait déformé dans le but de sauvegarder la continuité du sommeil. Pour être testées, les hypothèses d'incorporation et de déformation nécessitent une étude plus systématique que la nôtre. Il aurait été nécessaire, par exemple, de provoquer plusieurs réveils au cours de la nuit afin d'obtenir plus d'un récit d'activité mentale par dormeur et cela à différents moments du sommeil. De plus, pour ce genre d'investigation, il aurait été préférable de sélectionner des dormeurs qui se rappellent facilement du contenu de leurs rêves, ce qui n'a pas constitué un critère de sélection de nos dormeurs. Quoiqu'il en soit, nous ne voulions pas ajouter de contraintes supplémentaires aux enregistrements électroencéphalographiques, qui représentaient déjà un investissement très lourd ; une analyse plus systématique des hypothèses précitées aurait pu diminuer la qualité de nos enregistrements. Les hypnogrammes (annexe 2) ont montré, pour leur part, que les 2/3 des sujets avaient passé une nuit relativement agitée (changements de stade fréquents, nombreux réveils nocturnes, 87

désorganisation de la structure du sommeil). Le contexte expérimental, l'effet dit 'de la première nuit' et le port du casque à électrodes et des écouteurs sont bien sûr à l'origine de la mauvaise qualité de sommeil. Outre le fait qu'il serait nécessaire d'inclure dans le protocole une voire plusieurs nuits d'habituation en laboratoire, deux solutions pourraient être envisagées pour réduire l'instabilité du sommeil : soit la sélection de sujets avec un 'sommeil profond', mais cela éliminerait une population représentative de dormeurs, soit l'enregistrement dans des contextes plus 'naturels', avec l'emploi d'électrodes mieux adaptées aux enregistrements nocturnes et de haut-parleurs, et pourquoi pas l'enregistrement effectué au domicile des sujets. Toutefois, malgré l'instabilité décrite sur les hypnogrammes, les sujets ont, pour la plupart, estimé avoir passé une nuit de moyenne voire de bonne qualité. De plus, l'apparente désorganisation du sommeil ne modifie en rien nos résultats électrophysiologiques compte tenu du fait : (i) que nous contrôlions le stade de sommeil dans lequel chaque séquence EEG de 1700 ms était obtenue (ii) qu'aucune modification dans les différentes bandes de fréquences n'a été notée après les stimulus (revoir paragraphe III.B.1). Nous pouvons donc considérer que les résultats électrophysiologiques obtenus l'ont été au cours des divers 'stades de sommeil physiologique'. 2- Réponses électrophysiologiques obtenues en sommeil paradoxal La morphologie des réponses obtenues au cours du sommeil paradoxal (SP) était très similaire à celle observée à l'éveil 7. Plusieurs études avaient précédemment remarqué la similarité des potentiels évoqués auditifs obtenus au cours du SP et de l'éveil (Weitzman et coll., 1965 ; Gauthier et coll., 1985 ; Campbell et coll., 1992 ; Bastuji et coll., 1995 ; Loewy et coll., 1996 ; Atienza et coll., 1997 ; etc.). Notamment, les composantes N1 et P2 ont pu être différenciées au cours de cet état de vigilance, avec toutefois des amplitudes plus positives qu'à l'éveil (voir par exemple Campbell et coll., 1992). Plus rares sont les études qui ont enregistré, après les tonalités rares et déviantes, un potentiel positif tardif comparable au P300 observé à l'éveil (Bastuji et coll., 1990 ; Niiyama et coll., 1994 ; Sallinen et coll. 1996). Dans notre étude, nous avons également pu observer un potentiel positif tardif nommé P3 en réponse à la stimulation 'intrinsèquement déviante' (le propre prénom), et singulièrement comparable aux réponses d'éveil. En effet, la latence d'apparition du P3 obtenue en SP n'était que très légèrement retardée par rapport à celle du P3 d'éveil (540 ms contre 520 ms) et les topographies sur le scalp des deux composantes étaient 7 Il faut noter, tout de même, qu'une négativité culminant vers 1000 ms est apparue spécifiquement en SP. Précédemment, seuls Coté et coll. (1999a) avaient rapporté cette évocation par des stimulations. Selon eux, ce potentiel serait lié aux pointes pontogéniculo-occipitales décrites par Jouvet (1962) au cours de cet état de vigilance. 88

très postérieures (figure 18), avec toutefois une latéralisation à gauche du P300 observé en SP (voir discussion plus loin, sur cette différence avec l'éveil). Ces similitudes de réponses n'ont pas été systématiquement retrouvées avec les paradigmes de tonalités. Alors que dans l'étude de Niiyama et coll. (1994) les réponses positives tardives étaient très similaires en latence et topographie à l'éveil et en SP, d'autres travaux ont montré que la composante du SP était significativement retardée de 70 ms (Sallinen et coll., 1996) à 100 ms (Bastuji et coll., 1990, 1995) par rapport à l'éveil et développait une topographie plus postérieure sur le scalp. Malheureusement, notre étude ne nous permet pas de privilégier un résultat plutôt qu'un autre. En effet, même si l'absence d'un retard d'apparition du P3 de notre étude aurait tendance à confirmer les travaux de Niiyama et coll. (1994), il est également possible que le cerveau endormi en SP détecte une stimulation aussi rapidement qu'à l'éveil que lorsque celle-ci contient une information pertinente pour le dormeur. Bien que les réponses aux propres prénoms soient très similaires au cours de l'éveil et du SP, il n'en est pas de même de celles des autres prénoms. Alors qu'à l'éveil les autres prénoms évoquaient une activité positive désynchronisée dans la latence du P3, aucune activité n'a été observée au cours du SP. Cela suggère que les mécanismes à l'origine de la détection, à l'éveil, des prénoms, autres que ceux qui sont considérés comme importants, ne perdurent pas au cours du SP. L'ensemble des données obtenues en SP suggère donc que la détection du PP reste possible au cours de cet état de vigilance, en absence de tout effet de rareté physique, et que les 'stratégies' cérébrales associées à cette détection doivent être en partie équivalentes à celles de l'éveil. 3- Réponses électrophysiologiques obtenues en stade 2 de sommeil Les réponses moyennées obtenues après les prénoms au cours du stade 2 (S2) de sommeil présentent de très grandes amplitudes, comparativement à ce qui est observé à l'éveil ou en SP (10 à 50 fois plus amples), et correspondent essentiellement à des réponses qui ont développé un complexe K (CK) après la stimulation (Weitzman et coll., 1965). L'apparition de ce macroévénement se traduit par des potentiels évoqués dont la morphologie est totalement différente de ce qui est observé à l'éveil ou en SP, et cela dès 300 ms après le début du stimulus (voir figure 18). Au cours des 300 premières millisecondes, apparaissent les composantes N1 et P2 dont les amplitudes sont plus positives qu'à l'éveil (figure 19). Ces modifications pourraient être, selon Campbell et coll. (1992) (voir aussi delugt et coll., 1996), la conséquence d'une diminution d'amplitude de la négativité de traitement (Nd), qui est connue pour augmenter en amplitude à l'éveil lorsque le sujet porte son attention aux stimulations (Hansen et Hillyard, 1980). Suivent 89

deux 'modules' diphasiques, nommés N2-P3 et N3-P4, qui semblent correspondre aux 'N350- P450' et 'N550-P900' décrits en réponses aux tonalités (Ujszászi et Halász, 1988 ; Salisbury et Squires, 1993 ; Harsh et coll., 1994 ; Bastuji et coll., 1995 ; Niiyama et coll., 1995, 1996 ; Halász, 1998). En effet, la morphologie générale de nos réponses et leur représentation topographique sur le scalp sont très similaires à celle des réponses observées après les tonalités. Seules les latences de ces composantes ('N400-P600' et 'N900- P1500') sont retardées dans notre étude par rapport à celles obtenues avec des paradigmes de tonalités, probablement en raison des différences existant entre les durées des deux types de stimulus (50-60 ms pour les tonalités et 500-600 ms pour les prénoms). Les deux 'modules' décrits dans notre étude ont présenté des sensibilités différentes aux stimulus. Tout d'abord, les amplitudes du module tardif N3-P4 étaient similaires en réponse aux deux types de prénoms (figure 20). Ce résultat semble, à première vue, contraster avec certaines études ayant utilisé des tonalités, où les tonalités fréquentes évoquaient un équivalent du N3-P4 de notre étude, d'amplitude nettement inférieure à celui des stimulations déviantes et rares (Campbell et coll., 1992 ; Niiyama et coll., 1995 ; Bastuji et col., 1995). Toutefois, dans les études précitées, la diminution d'amplitude correspondait très vraisemblablement à un phénomène d'habituation à court terme aux tonalités répétitives, alors que ce phénomène était contrôlé au cours de notre paradigme, dans la mesure où les huit prénoms étaient délivrés de façon équiprobable. Les deux types de prénoms (PP et AP) employés dans notre étude ne pouvaient donc créer de différences comparables à celles observées avec les paradigmes de tonalités. Ainsi, d'une façon indirecte, notre étude confirme la sensibilité du module tardif N3-P4 du CK à la probabilité d'occurrence des stimulus. Par opposition au module tardif, le module précoce N2-P3 est apparu sensible au type de prénom, et particulièrement sa composante P3, dont l'amplitude était augmentée après le PP. Au cours des paradigmes de tonalités, certains auteurs avaient rapporté l'augmentation d'une composante similaire au P3 de notre étude, le 'P450', aux tonalités déviantes et rares (Nielsen- Bohlman et coll., 1991 ; Salisbury et coll., 1992 ; Salisbury et Squires, 1993 ; Bastuji et coll., 1995), signe probable d'une discrimination de la déviance et/ou de la rareté du stimulus. Ainsi, d'après les résultats de notre étude, où les caractéristiques de 'rareté physique' ont été éliminées, l'hypothèse selon laquelle la composante P3 refléterait la détection de ses caractéristiques intrinsèques devient vraisemblable. Les différences de comportement des deux modules du complexe K suggèrent que cette réponse n'est pas homogène. Ainsi, les deux modules pourraient présenter des propriétés fonctionnelles 90

différentes, comme l'avaient déjà proposé Ujszászi et Halász (1988) : un module précoce reflétant le traitement de l'information sensorielle et un module plus tardif davantage lié aux processus spécifique du sommeil lent. L'analyse des réponses obtenues en présence et en l'absence de CK sur l'eeg nous fournissent des renseignements complémentaires sur la fonctionnalité de ces deux modules. Les 30 % de réponses évoquées simultanément à un CK (réponses 'avec CK') ont montré des potentiels identiques (mais avec des amplitudes plus grandes) à ce qui a été obtenu en moyennant l'ensemble des réponses du S2, à savoir aucune différence d'amplitude du module N3-P4 entre les deux types de prénoms (PP contre AP) et une augmentation de celle du module N2-P3, et particulièrement du P3, en réponse au PP. Les 70 % de réponses qui n'ont pas évoqué de CK sur l'eeg (réponses 'sans CK'), mais seulement un N2-P3, ont présenté également une augmentation d'amplitude spécifique au PP. Trois arguments suggèrent que les composantes N2-P3, quand elles sont évoquées indépendamment du CK, correspondent au moins en partie au module N2-P3 du CK. Tout d'abord, les latences d'apparition de ces composantes étaient similaires dans les deux cas (autour de 400 ms pour le N2 et de 600 ms pour le P3). De plus, ces potentiels avaient la même représentation topographique sur le scalp, particulièrement le P3 dont le maximum d'amplitude a été trouvé sur les électrodes pariéto-occipitales (figure 20). Enfin, les amplitudes des P3 des deux types de réponses ont été augmentées sélectivement par le PP comparativement aux AP. Le fait que les composantes N2-P3 apparaissent plus négatives lorsqu'un CK est évoqué simultanément suggère qu'une onde négative se superpose à ces composantes lorsqu'elles sont suivies du module N3-P4. Une observation similaire avait déjà été rapportée, dans un autre contexte, par Bastien et Campbell (1992) qui avaient montré que le 'N350' (le N2 de notre étude) était plus ample sur les tracés EEG où un N550 (le N3 de notre étude) était également évoqué. Il peut donc être suggéré que l'apparition de l'onde négative est étroitement dépendante de celle du module tardif N3-P4, et que ces différentes composantes pourraient refléter un même phénomène. L'ensemble de ces résultats suggèrent que le CK évoqué par une stimulation correspond au moins à deux mécanismes parallèles qui pourraient se chevaucher partiellement (voir modèle figure 22) : (i) l'un correspondant au module précoce N2-P3, pouvant apparaître indépendamment des déflexions de grande amplitude, et qui serait lié à la discrimination des informations extérieures pertinentes, et plus particulièrement aux caractéristiques intrinsèques du stimulus. Il pourrait être le 91

signe à la fois d'une réponse d'éveil et d'un niveau latent de vigilance ; (ii) l'autre débutant probablement en même temps que le précédent et se prolongeant par le module tardif N3-P4, et qui serait lié davantage aux caractéristiques physiques du stimulus et à sa probabilité d'occurrence. Il pourrait être le signe électrophysiologique d'une protection contre l'éveil et/ou d'une simple réaction d'orientation. Figure 22 : Modèle théorique du complexe K évoqué par une stimulation (st.). Deux mécanismes pourraient être à son origine : l'un de faible amplitude pouvant apparaître indépendamment du complexe K et l'autre de grande amplitude. Enfin, nous pouvons tenter de rapprocher nos résultats concernant le CK évoqué avec ce que l'on sait de la génération du CK spontané au niveau cellulaire. Les enregistrements cellulaires réalisés chez l'animal, essentiellement par l'équipe de Steriade (voir par exemple Amzica et Steriade, 1997), ont permis de suggérer que les CK spontanés étaient le reflet, à un niveau EEG, d'une oscillation synchrone lente provenant des neurones corticaux, et que ces marcroévénements électroencéphalographiques émergeaient lorsque les cellules se trouvaient dans une phase de dépolarisation. Dans ce contexte, nous pouvons suggérer que ce phénomène cyclique (entre 0,5 et 0,7 Hz) pourrait exister lors de nos enregistrements et qu'il module l'apparition des CK évoqués par les stimulations. La génération des CK évoqués pourrait être, en effet, dépendante de l'état d'excitabilité des neurones à l'origine de l'oscillation corticale très lente (< à 1 Hz) ; ainsi il faudrait que le stimulus survienne au moment même où les neurones sont dépolariés pour évoquer un CK. Cette hypothèse reste, bien sûr, très théorique et ne peut pour l'instant être confirmée avec nos données. 4- Signification fonctionnelle des potentiels de sommeil et correspondance avec les potentiels d'éveil L'ensemble des réponses électrophysiologiques obtenues au cours des différents états de 92

vigilance peuvent être regroupées en trois types de déflexions négative-positive. Tout d'abord, les composantes N1-P2 qui ne sont pas apparues sensibles à la qualité des stimulations mais qui ont vu leur amplitude légèrement diminuée au cours du sommeil. Puis, les déflexions N2-P3 qui se sont trouvées systématiquement modulées par le type de prénom, notamment la composante P3 dont l'amplitude était toujours plus ample après le propre prénom, et cela quel que fût l'état de vigilance. Enfin, les déflexions N3-P4 qui étaient spécifiques du stade 2 de sommeil et modulables par la fréquence d'occurrence des stimulus. Ces résultats suggèrent donc : (i) que les N1-P2, souvent considérées comme des réponses exogènes, seraient davantage sensibles à l'état de vigilance, leur diminution d'amplitude en sommeil pouvant être le signe d'une diminution des messages afférents sensoriels arrivant au cortex (mais pas suffisante pour empêcher l'apparition des déflexions suivantes) ; (ii) que les N2-P3 indexeraient la détection des caractéristiques intrinsèques des stimulus et qu'ils seraient opérants encore pendant le sommeil ; et (iii) que les N3-P4 seraient spécifiques du stade 2 de sommeil et sensibles aux caractéristiques physiques du stimulus. Les similitudes obtenues dans notre étude, en terme de morphologie générale, de représentation sur le scalp et de sensibilité à la qualité des stimulus, suggèrent que les potentiels observés au cours du stade 2 (S2) et du sommeil paradoxal (SP) partagent des générateurs intracrâniens communs avec ceux des potentiels de scalp d'éveil. Cette hypothèse est surtout intéressante dans le cadre du P3, puisque cette composante est suffisamment tardive pour représenter un mécanisme dit 'cognitif'. Ainsi, la comparaison des réponses électrophysiologiques d'éveil et de sommeil peut nous aider à mieux comprendre dans quelle mesure le cerveau endormi use de mécanismes neuronaux comparables à ceux de l'éveil face à une stimulation langagière intrinsèquement pertinente. Si on se limite à l'étude du SP, la plupart des éléments semblent réunis pour une telle correspondance. La morphologie générale, la distribution sur le scalp et la spécificité de la réponse au stimulus pertinent (le propre prénom) rappellent fortement celles du P300 d'éveil. Toutefois, suggérer que le P300 possède un équivalent fonctionnel au cours du sommeil, sous-tend qu'ils utilisent des réseaux neuronaux identiques, ce qui paraît improbable. En revanche, suggérer qu'il existe des mécanismes fonctionnels généraux communs entre l'éveil et le sommeil n'implique pas qu'ils partagent obligatoirement les mêmes réseaux neuronaux. D'ailleurs, cette propriété se retrouve déjà pour le P300 d'éveil qui, pour les diverses modalités sensorielles, présente des variations topographiques sur le scalp (Bruyant et coll., 1993 ; Johnson, 1993), suggérant des générateurs neuronaux partiellement différents. Les études réalisées avec des électrodes 93

intracrâniennes confirment aussi la sensibilité du P300 à la modalité sensorielle, puisque certains générateurs neuronaux seraient actifs quelle que soit la modalité de la stimulation alors que d'autres s'activeraient spécifiquement à une modalité sensorielle (Baudena et coll., 1995 ; Halgren et coll., 1995a,b). Concernant notre étude, nous pouvons suggérer que les processus qui sous-tendent le P3 à l'éveil, c'est-à-dire ceux à l'origine de la catégorisation de stimulus pertinents pour le sujet (comme le propre prénom), sont opérants au cours du SP. De plus, nous pouvons suggérer que les réseaux neuronaux à l'origine du P3 d'éveil et du P3 de sommeil sont partiellement communs mais non identiques. Ceci pourrait alors expliquer les différences observées entre les représentations sur le scalp du P3 d'éveil et de celles du P3 du SP, à savoir une topographie plus postérieure et latéralisée à gauche (voir figure 14). Des différences comparables ont également été décrites dans d'autres études sur le P300 pendant le SP (voir Fig. 1 chez Niiyama et coll., 1994 ; ou Fig.1 chez Bastuji et coll., 1995). Les différences topographiques observées dans notre étude en SP comparativement à l'éveil suggèrent une suppression ou du moins une atténuation des composantes frontales, décrites comme participant à la genèse du P300 (revoir Chapitre Deux, paragraphe I.D.2.c). L'hypothèse d'une réduction d'activation frontale au cours du P3 en SP peut être mise en rapport avec le déficit apparent de certaines fonctions dites 'exécutives' frontales pendant l'état onirique, c'est-à-dire avec la diminution du contrôle de l'activité mentale et de l'attention, et le manque d'inhibition des activités non délibérées. Cette hypothèse est également en accord avec les données métaboliques obtenues en TEP qui montrent à la fois une diminution d'activité du cortex frontal et une augmentation relative de l'activation des régions temporo-pariéto-occipitales en SP par rapport à l'éveil (pour une revue voir Maquet, 2000). Enfin, les modifications topographiques pourraient être replacées dans un contexte neurochimique puisque l'on sait que certains neurotransmetteurs interviennent à la fois dans les modifications des niveaux de vigilance et dans la génération de potentiels évoqués cognitifs. Notamment, l'acétylcholine et la noradrénaline sont connues à la fois pour participer au changement d'état de vigilance (pour une revue voir Hobson et coll., 1990) et pour modifier les caractéristiques du P3 (Meador et coll., 1987 ; pour une revue voir Hansenne, 2000). Toutefois, ces neurotransmetteurs ne sont pas spécialisés dans un circuit fonctionnel précis, et encore moins dans une fonction cognitive précise. Il reste donc difficile de trouver un lien précis entre les variations de tonus cholinergique ou noradrénergique et la distribution topographique sur le scalp d'une composante cognitive comme le P300. Des hypothèses similaires pourraient être avancées en ce qui concerne le P3 observé pendant le 94

S2, en absence de complexe K (CK) sur l'eeg. Par contre, lorsqu'un CK est évoqué simultanément, il devient plus difficile de comparer les réponses avec celles de l'éveil, leur morphologie étant trop différente. Toutefois, si on considère, comme nous l'avons suggéré plus haut, que le CK est la résultante de deux mécanismes dont l'un serait similaire à celui des réponses sans CK, les propriétés fonctionnelles du P3 de stade 2 peuvent être rapprochées de celles du P3 d'éveil. Tout comme pour le SP, les quelques différences de topographie pourraient refléter la mise en jeu de mécanismes neuronaux en partie différents. Enfin, les différences de latence obtenues en S2 comparativement à l'éveil (et observées également dans les études employant des tonalités, voir par exemple Nielsen-Bohlman et coll., 1991 ; Salisbury et Squires, 1993 ; Bastuji et coll., 1995) seraient probablement le signe d'un retard dans la catégorisation du propre prénom comparativement à l'éveil. Par contre, ce retard n'est pas apparent au cours du SP, ce qui suggère que le cerveau endormi est beaucoup plus 'alerte' à une stimulation possédant un sens intrinsèque pendant cette phase de sommeil. 95

V- CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES Nos résultats suggèrent que le cerveau endormi est à même de réaliser, au-delà de la détection des caractéristiques physiques du stimulus, une discrimination du sens intrinsèque de certaines stimulations, tel que le propre prénom du sujet, tout au long du stade 2 et au cours du sommeil paradoxal. Toutefois, il reste difficile d'affirmer que la détection du propre prénom correspond à un traitement sémantique aussi élaboré qu'un mot commun. D'une part, cette stimulation, en raison de son utilisation tout au long de la vie et de son contenu émotionnel implicite, doit bénéficier d'un traitement plus ou moins automatisé. D'autre part, certains linguistes ont pu mettre en doute la valeur sémantique des noms propres, donc à plus forte raison du propre prénom. Pour eux, ce type de mot n'aurait pas de signification conceptuelle, contrairement aux noms communs qui eux auraient une signification acceptée par tout le monde et qui seraient représentables par divers concepts (Müller et Kutas, 1996). Par exemple, un objet donné peut partager des traits communs aux concepts 'table' et 'chaise', alors qu'il n'est pas possible d'être plus ou moins une 'Tour Eiffel'. Comme ont pu l'affirmer Frege (1949), Mill (1949) 8 ou Wittgenstein (1951), un nom propre pourrait dénoter mais pas connoter un objet, c'est-à-dire qu'il pourrait seulement référer l'objet mais pas le décrire : il n'aurait donc pas de signification véritable (revoir aussi le paragraphe II.B.1.a du Chapitre Un). Quoiqu'il en soit, la capacité de détection du propre prénom est déjà une performance cognitive plus élaborée que la simple détection physique de tonalités mise en évidence auparavant. En se référant de nouveau à la figure 3 (Chapitre Un), on peut même supposer que cette performance correspond au moins à une analyse phonologique et nécessite la consultation d'un lexique. Ces résultats nous ont donc encouragé à aller plus en avant et à rechercher jusqu'à quel point le cerveau endormi pouvait réaliser un traitement linguistique, et notamment s'il était capable de détecter le sens d'un mot dénué de toute connotation émotionnelle. 8 par exemple, Mill affirmait : Lorsque les noms fournissent quelque information sur les objets, c est-à-dire lorsqu ils ont proprement une signification, cette signification n est pas dans ce qu ils dénotent, mais dans ce qu ils connotent. Les seuls noms qui ne connotent rien sont les noms propres ; et ceux-ci n ont, à strictement parler, aucune signification. 96

CHAPITRE QUATRE Réponses électrophysiologiques à l'incongruence sémantique et phonologique au cours du sommeil I- INTRODUCTION Au vu de l'étude précédente, il semblerait que les capacités de détection de l'environnement extérieur au cours du sommeil ne soient pas limitées à la simple analyse physique des stimulus. Le cerveau endormi serait à même, au cours du stade 2 et du sommeil paradoxal, de discriminer un stimulus verbal, qui a un sens intrinsèquement fort pour lui, tel que son propre prénom, d'un autre à connotation émotionnelle réduite. Toutefois, la singularité du propre prénom par rapport à l'ensemble des mots, du fait qu'il soit entendu tout au long de la vie et qu'il contienne une forte charge émotionnelle, rend difficile d'affirmer que le cerveau endormi reste capable de réaliser une discrimination strictement sémantique. Pour cela, il faudrait que le stimulus verbal cible, dont la discrimination est accompagnée par l'apparition d'un P300, soit dépourvu de charge émotionnelle forte. Or, si le stimulus perd cet aspect émotionnel, il ne peut plus constituer une cible implicite capable d'évoquer une composante P300 à l'éveil, et à plus forte raison au cours du sommeil. Il est donc nécessaire, pour étudier les capacités de discrimination strictement sémantique du cerveau endormi, de mettre en oeuvre d'autres types de protocoles que ceux prévus pour obtenir un P300. A l'éveil, certaines études électrophysiologiques ont permis d'aborder les mécanismes associés à la discrimination sémantique en comparant les potentiels évoqués par des mots, des pseudo-mots (combinaison de syllabes sans sens) et/ou des non-mots (succession de lettres, sans syllabe ni sens). Ce type de protocole, développé initialement en neuroimagerie fonctionnelle (Petersen et coll., 1988 ; Posner et coll., 1988 ; Posner et Raichle, 1998), repose sur l'hypothèse que la soustraction des réponses obtenues après des mots et des stimulations ressemblant phonologiquement aux mots mais dépourvues de signification (c'est-à-dire des pseudo-mots) peut nous renseigner sur les 97

mécanismes spécifiquement associés au traitement lexico-sémantique. Les études électrophysiologiques qui ont développé ce type de paradigme ont ainsi permis de rechercher les corrélats temporaux des structures anatomiques dont on connaissait, grâce à la neuroimagerie, l'implication dans les traitements linguistiques (Compton et coll., 1991 ; Snyder et coll., 1995 ; Ziegler et coll., 1997). Par contre, si ces travaux électrophysiologiques ont pu fournir des renseignements nouveaux quant aux processus associés aux tâches 'actives' de repérage de traits (phonologique, sémantique) des stimulations, elles n'ont pu observer que des différences minimes et très localisées sur le scalp au cours de conditions expérimentales 'passives' (voir Compton et coll., 1991). Cette absence de potentiels électrophysiologiques bien différenciés, tel que le P300, lorsque le sujet n'est pas impliqué activement dans la reconnaissance des traits linguistiques, ne nous a donc pas encouragé à développer une méthodologie similaire pour étudier la discrimination sémantique au cours du sommeil. En revanche, un autre type de protocole a permis de mettre en évidence une composante électrophysiologique cognitive bien différenciée sur le scalp, dont l'amplitude serait sensible au caractère sémantiquement congruent ou incongru d'un mot. Ce potentiel, négatif, apparaissant autour de 400 ms, a été mis en évidence par Kutas et Hillyard (1980) et nommé N400 (revoir Chapitre Deux, paragraphe I.D.2.b). Le N400 enregistré en réponse à un mot donné serait d'autant plus ample que le mot est incongru ou non prévisible par rapport au contexte sémantique dans lequel il apparaît (Kutas et Hillyard, 1984). Il pourrait aussi bien apparaître au cours de l'écoute d'une phrase, qu'à la simple présentation de paires de mots, dont le deuxième est ou non sémantiquement associé au premier (Bentin et coll., 1985). Ce dernier résultat a entraîné l'équipe de Bentin à suggérer que ce potentiel pouvait être un équivalent cérébral d'un effet comportemental bien connu en linguistique : l'effet d'amorçage sémantique ('semantic priming effect', Meyer and Schaneveldt, 1971), qui se manifeste par le fait qu'un mot donné est reconnu plus rapidement s'il est précédé par un autre mot qui lui est associé sémantiquement. Le rapport entre le N400 et l'effet d'amorçage serait de type inverse, puisque l'amplitude de la composante augmente si le degré d'amorçage diminue. Ainsi, tout se passe comme si l'augmentation du N400 signait l'échec de la préparation sémantique, impliquant par conséquent une plus longue durée d'intégration du mot. Les réponses de type N400 marqueraient non seulement l'apparition d'une incongruence sémantique, mais également d'autres types de dissemblances entre stimulus. Ainsi, Rugg (1984a,b) a observé une composante similaire après des 'incongruences' de type phonologique, c'est-à-dire après 98

des mots qui ne rimaient pas avec les précédents, et Kramer et Donchin (1987) ont obtenu une augmentation de négativité après des 'incongruences' de type orthographique, c'est-à-dire après des mots qui différaient visuellement des précédents. La robustesse d'apparition d'un tel marqueur électrophysiologique et cognitif à différentes dissemblances linguistiques nous a encouragé à développer un paradigme de type N400 à une étude de sommeil. Jusqu'à présent, une seule étude a eu pour but d'enregistrer pendant le sommeil les réponses électrophysiologiques à des mots liés ou non par le sens (Brualla et coll., 1998). Les résultats ont montré que des réponses différentielles aux mots sémantiquement congruents et incongrus pouvaient être observées au cours du sommeil entre 570 et 680 ms. Dans le présent travail, nous nous sommes proposé à la fois de reproduire les résultats de Brualla et coll. (1998), mais également de les étendre en analysant les réponses à des discordances phonologiques. Toutefois, avant d'entreprendre une étude nocturne, nous avons d'abord exploré les possibilités d'obtenir le N400 à des incongruences de type sémantique et phonologique, au cours de différentes conditions d'attention d'éveil, notamment lorsque le sujet n'était pas averti de la présence des incongruences. En effet, au vu de la littérature, il ressortait une certaine ambiguïté quant à la possibilité d'évoquer une composante N400 alors que le sujet ne portait pas une attention active au stimulus (voir références au paragraphe suivant). Il était donc indispensable de savoir si un N400 pouvait apparaître à l'éveil en condition passive, et ce à des incongruences phonologiques et sémantiques, si nous voulions avoir une chance de l'enregistrer également pendant le sommeil. Les résultats obtenus à l'éveil nous ont alors permis de développer un nouveau paradigme pour une étude de sommeil, où le maximum d'interférences entre les caractéristiques physiques, phonologiques et sémantiques des stimulus verbaux ont été éliminées. 99

II- ETUDE PRELIMINAIRE : EXPLORATION DE LA DETECTION D'INCON- GRUENCES PHONOLOGIQUES ET SEMANTIQUES AU COURS DE L'EVEIL Avant d'entreprendre une étude de type 'N400' pendant le sommeil, nous devions d'abord rechercher dans quelles conditions expérimentales d'éveil il était possible d'enregistrer une telle composante, notamment s'il était possible de l'obtenir lorsque le sujet n'était pas prévenu de la présence des incongruences (c'est-à-dire dans des conditions 'd'inattention' plus proches de celles du sommeil). Cette étude préalable était rendue nécessaire car, au vu de la littérature, il était difficile de conclure en faveur ou en défaveur de l'apparition d'un N400 alors que l'attention du sujet était passive ou détournée des caractéristiques phonologiques ou sémantiques du stimulus. En effet, alors que certains auteurs ont rapporté l'apparition du N400 après des mots sémantiquement incongrus lorsque le sujet était impliqué dans une tâche qui devait l'empêcher d'analyser sémantiquement les mots (Kutas and Hillyard, 1989 ; Connolly et coll., 1990, 1992 ; Besson et coll., 1992), d'autres ont suggéré que ce phénomène n'était pas possible (Deacon et al., 1991, 2000; Chwilla et al., 1995). Des résultats tout aussi contradictoires ont été rapportés en cas d'incongruence phonologique, certains auteurs obtenant un N400 seulement lorsque le sujet était engagé dans une tâche de détection phonologique (Kramer et Donchin, 1987), d'autres l'observant également au cours d'une tâche de détection lexicale, c'est-à-dire lorsque le sujet devait décider si le stimulus était un mot ou un non-mot (Praamstra et Stegeman, 1993 ; Praamstra et coll., 1994). Malgré tout, une étude récente a pu montrer que le N400 à des incongruences phonologiques n'avait pas la même 'force' d'apparition que le N400 aux incongruences sémantiques. Au cours de cette étude, Radeau et coll. (1998), en présentant des paires de mots discordants d'un point de vue sémantique et/ou phonologique, ont montré que l'amplitude du N400 était plus grande lorsque les mots de la paire étaient incongrus par le sens plutôt que par la rime, suggérant que l'effet N400 était plus robuste en cas d'incongruence sémantique que phonologique. Dans cette étude préliminaire, nous nous sommes donc proposé de mieux définir les propriétés d'apparition des deux types de N400 à l'éveil, en recherchant notamment si ces composantes pouvaient apparaître au cours d'une condition d'attention purement passive (c'est-à-dire sans aucune tâche spécifique) (pour une analyse plus précise des aspects méthodologiques et des résultats de cette étude, se référer à l'article situé en fin de manuscrit, de Perrin et García-Larrea, soumis à J Cogn Neurosci). 100

A- METHODES Dans cette étude, nous avons enregistré les réponses électrophysiologiques de 10 sujets droitiers après deux types de séquences de stimulations : (i) après des paires de mots associées ou non par la phonologie, c'est-à-dire la rime (exemple : 'animalcheval' contre 'animal-brebis'), puis (ii) après des paires de mots sémantiquement congruents et incongrus (exemple : 'animal-brebis' contre 'animal-juge'). Deux tâches ont été proposées aux sujets : tout d'abord une condition d'attention passive, où ils devaient écouter attentivement les deux types de séquences sans être prévenus du contenu, puis une tâche d'attention active où les participants devaient appuyer sur un bouton ou sur un autre selon que la paire était associée ou pas (par la rime puis par le sens). En fait, au fur et à mesure de son déroulement, cette étude est entrée dans une problématique plus large, concernant les modulations des réponses électrophysiologiques lorsque les aspects sémantiques et phonologiques des stimulus variaient en même temps, et lorsque le sujet portait son attention sur les uns ou sur les autres (voir l'article en fin de manuscrit). Des analyses statistiques de variances (ANOVA) à 3 facteurs ont été réalisées sur les aires de la composante N400, avec des mesures répétées sur le type de condition (active contre passive), le type de lien phonologique existant entre les deux mots de la paire (associé contre non associé) ou le type de lien sémantique (associé contre non associé), et la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz). Ces analyses ont été réalisées dans trois fenêtres temporelles consécutives de 100 ms, à savoir de 300 à 400 ms, de 400 à 500 ms et de 500 à 600 ms. B- RESULTATS Globalement, les analyses statistiques ont montré (figure 23, voir également figure 4 de l'article en fin de manuscrit) : (i) qu'en condition passive : - l'aire du N400 était significativement plus grande après les mots sémantiquement incongrus qu'après les mots congruents, et cela de 400 à 600 ms ; - l'aire du N400 n'était jamais plus grande après les mots ne rimant pas qu'après les mots rimant ; 101

(ii) qu'en condition active : - l'aire du N400 était significativement plus grande après les mots sémantiquement incongrus, qu'après les mots congruents, et cela de 300 à 600 ms. - l'aire du N400 était significativement plus grande après les mots non associés phonologiquement, qu'après les mots associés, et cela de 400 à 500 ms. Figure 23 : Potentiels évoqués par des mots liés ou non par le sens ou par la phonologie (rime) en conditions passive et active. Dans toutes les conditions, exceptée la condition passive d'écoute de paires de mots rimant ou non, une composante N400 (aire hachurée) a été obtenue avec une amplitude significativement plus grande après les mots non associés (par la rime ou le sens). 102

C- CONCLUSIONS Cette étude a donc montré que le potentiel N400 obtenu après des incongruences sémantiques ('N400 sémantique') était plus robuste que celui apparaissant après des incongruences phonologiques ('N400 phonologique'). En effet, alors que les N400 sémantique et phonologique ont été tous les deux obtenus en condition active, seul le N400 sémantique a pu être observé en condition passive (figure 23). Ainsi, ce travail nous a montré qu'il n'était pas possible de tester, par le N400, les capacités de détection d'incongruences phonologiques lorsque le sujet n'était pas averti de leur présence, donc à plus forte raison pendant le sommeil. En revanche, l'apparition du N400 aux incongruences de type sémantique au cours d'une tâche d'attention passive, nous a encouragé à adapter un paradigme de paires de mots sémantiquement congruents et incongrus en vue d'une exploration nocturne. 103

III- EXPLORATION DE LA DETECTION D'INCONGRUENCES PENDANT LE SOMMEIL Suite à l'étude précédente, un paradigme de paires de mots sémantiquement congruents et incongrus a été développé avec l'objectif d'éliminer autant que possible les effets dus à la probabilité d'apparition des stimulus et aux caractéristiques physiques et phonologiques des mots. Pour cela nous avons construit des séquences de paires de mots où : (i) la proportion de paires congruentes était la même que celle des paires incongrues (50% - 50%) ; (ii) chaque mot était congruent dans une séquence et incongru dans une autre. Nous étions ainsi assuré que la moyenne des deux types de réponse ne variaient que par leur caractère congruent ou incongru (les caractéristiques physiques, phonologiques et même lexicales étant les mêmes) ; (iii) l'intervalle entre les stimulations était régulier, afin d'éviter un éventuel effet de 'saillance', à la présentation de chaque paire, qui évoque des réponses spécifiques, notamment au cours du stade 2 (Caekebeke et coll., 1990). Toutefois, cette régularité pouvant empêcher le discernement des paires par les sujets, nous avons intercalé entre chaque paire une stimulation dénuée de sens mais possédant des caractéristiques phonologiques (c'est-à-dire des pseudo-mots). Ces stimulations nous ont ainsi permis 'd'isoler' artificiellement les paires de mots au sein des séquences. Ce dernier aspect de notre paradigme nous a permis d'ajouter deux 'niveaux' d'étude supplémentaires aux travaux de Brualla et coll. (1998) : d'une part l'analyse des réponses électrophysiologiques à des pseudo-mots qui suivent des mots, et d'autre part celle des réponses à des mots (amorçant la paire) qui succèdent à un pseudo-mot. A- METHODES 1- Sujets Douze volontaires (6 femmes, 6 hommes), droitiers, âgés de 22 à 31 ans (moyenne : 27 ± 3 ans), privés de deux à trois heures de sommeil la nuit précédente, sont venus dormir dans une chambre de l'unité des Troubles du Sommeil de l'hôpital Neurologique. Les deux premiers enregistrements nocturnes ont servi à affiner le protocole (notamment l'insertion des pseudo-mots entre les paires de mots, et le remplacement des stimulations dissyllabiques par des monosyllabiques). L'ensemble 104

des sujets, sans problème auditif ni neurologique, ne devait être sous aucun traitement médicamenteux. 2- Stimulations Soixante douze mots ont été sélectionnés en fonction de leur fréquence d'usage moyen (environ 200 par million) dans la langue française (Brulex, voir Content et coll., 1990) et 72 pseudo-mots ont été créés à partir de syllabes de ces mots mais dont le changement d'une lettre éliminait tout sens (voir annexe 3). Toutes les stimulations étaient monosyllabiques et avaient une durée maximale de 500 ms. Elles ont été enregistrées par une même voix masculine, égale, et numérisées dans le but de les délivrer à un maximum d'intensité de 60 db SPL (sound pressure level). Les mots ont été regroupés en paires ('mot amorce' suivi du 'mot cible') et étaient associés ou non par le sens (associations de type 'synonymes', 'antonymes' ou 'exemples d'une même catégorie'). Préalablement, ce degré d'association sémantique avait été testé sur 10 sujets, qui n'allaient pas participer aux enregistrements électroencéphalographiques, à qui on avait demandé de fixer un score de 1 à 5 à la présentation de paires de mots (le minimum étant synonyme d'une association sémantique nulle et le maximum d'une association sémantique très forte). Les paires de mots congruents retenues ont eu un score moyen supérieur à 4,1 et les paires de mots incongrus ont eu un score moyen inférieur à 0,3. De plus, ces paires ont été construites de façon à ce qu'un même mot cible soit dans une paire congruent et dans une autre incongru (bien sûr, les paires contenant le même mot cible n'étaient jamais regroupées dans la même séquence et étaient toujours séparées au moins par une séquence). Au total, 72 paires congruentes et 72 incongrues ont pu être proposées aux sujets. Enfin, pour contrebalancer aussi les aspects physico-phonologiques des mots 'amorces' par rapport aux mots congruents ou incongrus (eux-mêmes déjà contrebalancés), l'ordre d'apparition des mots dans chaque paire a été interverti pour un individu sur deux. Ainsi, pour l'ensemble des sujets, un mot était un même nombre de fois congruent, incongru et 'amorce', et chaque stimulation (mots ou pseudo-mots) était répétée le même nombre de fois pour chaque individu. Douze séquences (6 par sujet) de 72 stimulations monosyllabiques, comprenant 12 paires de mots congruents, 12 paires de mots incongrus et 24 pseudo-mots intercalés, ont alors été créés selon le schéma expérimental suivant : 105

MOT MOT CONGRUENT ou INCONGRU PSEUDO-MOT MOT MOT CONGRUENT ou INCONGRU PSEUDO-MOT etc. exemple : est-bande-peve-rond-cercle-rifre-etc. (voir l'ensemble des listes en annexe 3) Enfin, chaque stimulation était séparée d'un silence de 1200 ms, ce qui constituait des SOA (intervalle entre le début de deux stimulus successifs) régulier de 1700 ms. 3- Enregistrement électroencéphalographique L'activité électrique cérébrale a été recueillie en continu pendant toute la durée de l'enregistrement, grâce à un casque flexible de 30 électrodes en étain (Electrocap Inc. ) installé selon le système international 10-20 (Jasper, 1958) modifié (recommandations de l'ifcn, Klem et coll., 1999). Une électrode placée sur le nez a servi de référence et une autre représentant la 'terre' a été installée entre les deux électrodes Fz et Fpz. De plus, un électromyogramme (EMG) et un électrooculogramme (EOG) ont été ajoutés au recueil électroencéphalographique. L'EMG correspondait à un montage bipolaire (recueilli avec deux électrodes placées sur la houppe du menton) et permettait de connaître l'activité musculaire du sujet. L'EOG a été enregistré par deux électrodes placées en position sus et sous orbitaire, disposées selon un axe oblique, de façon à visualiser les mouvements verticaux et horizontaux de l'oeil droit. L'impédance de ces électrodes devait être amenée à moins de 5 KΩ. Les tracés EEG ont été amplifiés 150 000 fois (système d'acquisition Synamps ), à une cadence de numérisation de 500 Hz, et filtrés en continu avec une bande passante analogique située entre 0,1 et 70 Hz (excepté l'emg : entre 10 et 100 Hz). 4- Procédure expérimentale Les sujets devaient arriver deux heures avant l'enregistrement. Après l'installation d'un casque à 30 électrodes et l'insertion de deux mini-écouteurs dans les canaux auditifs, l'expérience se déroulait en quatre étapes : 1 - Tout d'abord, les sujets devaient écouter, en position allongée, yeux fermés, les 6 séquences auditives de 72 stimulations, en condition d'attention passive, c'est-à-dire sans consigne spécifique. D'autres séries de stimulations (telles que des sons purs) leur étaient présentées par la suite, afin que 106

les participants n'attachent pas trop d'importance aux séquences de paires de mots. 2 - Les sujets étaient ensuite installés dans une chambre isolée et calme, afin de faciliter leur sommeil. Ils étaient prévenus de la survenue probable de stimulations auditives au cours de leur sommeil, sans qu'on leur précise la nature des stimulations, ni qu'on leur impose une consigne particulière. Les premières séquences de stimulations étaient délivrées environ 1/2 heure après l'endormissement, lorsque le sommeil lent profond devenait stable. Nous nous sommes efforcé de stimuler régulièrement les sujets pendant la nuit, en envoyant alternativement les 6 séquences de paires de mots toutes les 20 minutes environ (soit 18 à 24 séries par nuit), et en prenant garde à stimuler dans tous les stades de sommeil. De plus, compte tenu des variations d'amplitude des composantes pouvant exister entre les débuts et fins de nuit (Plihal et coll., 1996), nous nous sommes appliqué à stimuler tout au long de la nuit. Si les sujets étaient réveillés par les stimulations, celles-ci étaient immédiatement arrêtées (afin de ne pas trop perturber leur sommeil). Cinq minutes avant le réveil matinal des sujets, une dernière séquence de stimulations était délivrée. 3 - Tout de suite après leur réveil, les sujets devaient décrire l'activité mentale et/ou onirique survenue pendant leur sommeil. Un questionnaire (le même que pour l'étude des prénoms, voir annexe 1), les interrogeant plus précisément sur les souvenirs auditifs, leur était ensuite proposé, afin de détecter une éventuelle incorporation des stimulations auditives dans leur activité mentale nocturne. 4 - Enfin, 10 minutes après le questionnaire, les 6 séquences de stimulations leur étaient envoyées, toujours en condition d'attention passive. 5- Analyse des données a- Scorage des tracés de nuit Au cours de l'enregistrement, les tracés polygraphiques étaient classés selon leur appartenance à un stade de vigilance, d'après les critères établis par Rechtschaffen et Kales (1968), et étaient relus après l'enregistrement par l'auteur et par un spécialiste en lecture polysomnographique (revoir les critères au Chapitre Un, paragraphe I.A.2). Cette lecture a permis d'établir un hypnogramme pour chaque sujet et de déterminer précisément le stade dans lequel chaque stimulation avait été délivrée. 107

b- Moyennage des tracés EEG Les tracés EEG individuels ont tout d'abord été coupés en séquences de 1700 msec (200 ms avant et 1500 ms après le début de la stimulation). Puis, un ajustement de la ligne de base a été réalisé, en prenant comme référence la période de 200 ms précédant le début de la stimulation, et une correction de la tendance linéaire (correspondant à un filtrage des fréquences très lentes inférieures à 0,1 Hz) a été effectuée sur chaque tracé. De plus, les séquences contenant des mouvements oculaires ou des artefacts musculaires contaminant l'eeg ont été exclues de l'analyse. Une fois ces corrections réalisées, nous avons établi les réponses moyennes pour chaque sujet selon le type de stimulations (mot congruent, mot incongru, mot amorce, pseudo-mot), l'état de vigilance (éveil avant le sommeil, éveil après le sommeil, S1, S2 'avec CK', S2 'sans CK' 9, SLP et SP) et la position de l'électrode sur le scalp. Enfin, un filtrage digital de chaque moyenne individuelle a été réalisé avec une bande passante de 0,1 à 30 Hz (24 db/oct). Ces moyennes ont constitué les données individuelles utiles à nos analyses statistiques de variance à mesures répétées. Afin d'illustrer visuellement les réponses de notre échantillon d'individus, nous avons constitué des 'grandes moyennes', correspondant à la moyenne de l'ensemble des individus, pour chaque type de stimulus et de condition. De plus, l'enregistrement sur 30 électrodes nous a permis, au moyen de techniques de cartographie, d'établir la distribution spatiale en 2-D sur le scalp des réponses évoquées à leur maximum d'amplitude ou au cours d'une fenêtre temporelle définie. Un logiciel de l'équipement Neuroscan a ainsi reconstruit des cartes isopotentielles du scalp où les valeurs de voltages étaient transformées en échelle de couleur. c- Mise en évidence des différents potentiels de scalp A l'éveil, les 'grandes-moyennes' ont mis en évidence 3 composantes électriques nommées N1, P2 et N400 (nomenclature habituellement utilisée). Leur topographie sur le scalp était frontocentrale (Fz-Cz) pour le N1, centrale (Cz) pour le N2 et frontale (Fz) pour le N400 (figures 24 et 25). De plus, la différence d'aire du N400 entre deux stimulus, notamment entre les mots congruents et les mots incongrus, était maximale en sur la région centro-pariétale (cette différence correspond en fait à la composante de soustraction N400 initialement décrite par Kutas et Hillyard, 1980). Des composantes de topographie similaire à celles de l'éveil ont été observées au cours du SP et du S2 en absence de CK sur l'eeg (réponses 'sans CK'). Pour les réponses du S2 108

développant un CK (réponses 'avec CK'), deux autres composantes, de très forte amplitude, ont été observées et nommées N3 et P4 (car elles sont apparues dans la même fenêtre de latence que les N3-P4 de l'étude des prénoms), et contrairement à l'étude précédente les composantes N2 et P3 n'ont pas été observées (voir figure 26). A partir des 'grandes-moyennes', des fenêtres temporelles, c'est-à-dire des intervalles de latences, ont été définies pour les composantes N1, P2, N3 et P4, pour chaque état de vigilance. Elles ont servi à mesurer les valeurs d'amplitude et de latence des composantes de chaque moyenne individuelle au électrodes Fz, Cz et Pz (c'est-à-dire aux sites où ces composantes étaient connues pour être le mieux différenciées). A cause du bruit de fond, il était parfois difficile d'observer chez certains sujets un seul pic dans une fenêtre : l'amplitude alors retenue était la valeur maximale dans la fenêtre (selon les recommandations de l'ifcn, Goodin et coll., 1994). De plus, pour les tracés où une réponse particulière n'était pas différenciée (telle que l'absence de N3-P4 à l'éveil et en SP) la valeur maximale d'amplitude de la fenêtre correspondante était toutefois recueillie. Ces valeurs ont permis de calculer les moyennes individuelles (et leur déviation standard) des amplitudes de chaque composante (tableaux 5, 6 et 7), et ont constitué les valeurs analysées statistiquement. Compte tenu de la plus grande étendue temporelle de la composante N400, nous avons préféré recueillir son amplitude moyenne (aire sous la courbe) à l'intérieur des fenêtres temporelles où les différences entre stimulus étaient visuellement les plus apparentes. En effet, les 'grandes moyennes' ont montré que les fenêtres d'apparition du N400 étaient retardées en sommeil de 100 ms par rapport à l'éveil. Or, comme nous recherchions à mettre en évidence les variations d'amplitude selon la nature des stimulus et non les différences temporelles existant entre les états de vigilance, nous avons choisi de recueillir l'aire du N400 entre 250 et 550 ms à l'éveil et entre 350 et 650 ms en SP et en S2 (c'est-à-dire sur un intervalle de latence similaire). Ces valeurs d'aires individuelles ont permis de calculer les aires moyennes individuelles, et leur déviation standard (tableaux 5 et 6), et ont constitué les valeurs analysées statistiquement. A l'éveil, les 30 sites d'enregistrement ont été mesurés afin de révéler une éventuelle différence d'amplitude entre les deux hémisphères. En revanche pour le sommeil, seules les amplitudes des composantes Fz, Cz et Pz ont été mesurées car aucune latéralisation du N400 n'avait été révélée par les représentations topographiques. 9 Suite à l'étude sur les prénoms, nous avons préféré distinguer directement en S2 les réponses concomitantes à l'apparition d'un complexe K (réponses 'avec CK') de celles évoquées en absence de CK (réponses 'sans CK'). Pour cela nous avons choisi les mêmes critères de sélection des réponses que ceux décrits au Chapitre Trois (paragraphe II.E.4.d). 109

Les latences des composantes ont été recueillies dans les fenêtres temporelles définies plus haut et à l'électrode où chaque composante présentait son amplitude maximale. Comme pour les amplitudes, il était parfois difficile d'observer chez certains sujets un seul pic dans une fenêtre : la latence alors retenue correspondait à une extrapolation des branches ascendante et descendante de l'onde qui les enveloppait (selon les recommandations de l'ifcn, Goodin et coll., 1994). Par contre, à la différence des amplitudes, lorsque un potentiel n'était pas observé, aucune valeur n'a été recueillie (telle que l'absence de N3-P4 à l'éveil et en SP ou l'absence de N400 en S2 'avec CK'). Ces valeurs ont permis de calculer les moyennes individuelles (et leur déviation standard) des latences de chaque composante, et ont constitué les valeurs analysées statistiquement. d- Analyse statistique des réponses électrophysiologiques Analyse des réponses obtenues à l'éveil Dans un premier temps, les valeurs d'amplitude et de latence des composantes N1, P2 et N400 obtenues à l'éveil ont été soumises à des analyses de variance (ANOVA) afin de révéler un éventuel effet d'inertie de sommeil. Les valeurs d'amplitude des 9 individus chez qui il a été possible d'exploiter les données dans tous les stades de vigilance (4 femmes et 5 hommes, 27,9 ± 3,1 ans), ont été soumises à une ANOVA à 3 facteurs. Des mesures répétées ont été réalisées sur le type de stimulus (mot congruent contre mot incongru contre pseudo-mot contre mot amorce), la position par rapport au sommeil (avant contre après) et la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz). Cette analyse a permis de connaître quels étaient les facteurs (et les interactions de facteurs) qui avaient un effet significatif (avec une probabilité d'erreur inférieure à 5 %) sur les latences, amplitudes ou aires des composantes, après une correction de Geisser-Greenhouse (si ε 1). En ce qui concerne les latences, elles ont été soumises à une ANOVA à 2 facteurs, avec des mesures répétées sur le type de stimulus (mot congruent contre mot incongru contre pseudo-mot contre mot amorce) et la position par rapport au sommeil (avant contre après). Des tests t appariés bilatéraux ont été réalisés lorsque les résultats étaient significatifs ou lorsque deux facteurs interagissaient (ce qui a été également le cas pour toutes les analyses suivantes). La composante N400 ayant été décrite avec des amplitudes plus grandes dans l'hémisphère droit (voir par exemple Kutas et Hillyard, 1983 ; Kutas et coll., 1988), nous nous sommes proposés de tester plus spécifiquement la distribution en amplitude de cette composante sur le scalp. Pour cela, nous avons calculé les moyennes des aires du N400 obtenues dans 4 'cadrans' topographiques 110

différents : un cadran fronto-central gauche (moyenne des électrodes F7, F3, FT7, FC3, T3 et C3), un cadran centro-pariétal gauche (TP7, CP3, T5, P3 et O1), un cadran fronto-central droit (moyenne des électrodes F8, F4, FT8, FC4, T4 et C4) et un cadran centro-pariétal droit (TP8, CP4, T6, P4 et O2). Une ANOVA à 4 facteurs a alors été réalisée avec des mesures répétées sur le type de stimulus (mot congruent contre mot incongru contre pseudo-mot contre mot amorce), la position par rapport au sommeil (avant contre après), l'hémisphère (droit contre gauche) et la position antéro-postérieure ('fronto-centrale' contre 'centro-pariétale'). Analyse des réponses en fonction de l'état de vigilance Dans un deuxième temps, nous avons testé les variations globales des potentiels N1, P2, N400, N3 et P4 à travers les différents états de vigilance, c'est-à-dire à l'éveil et au cours des diverses phases de sommeil. Des analyses de variance (ANOVA) à 3 facteurs ont été réalisées sur les amplitudes et/ou les aires des différentes composantes, de 9 individus (4 femmes et 5 hommes, 27,9 ± 3,1 ans). Des mesures répétées ont été réalisées sur le type de stimulus (mot congruent contre mot incongru contre mot amorce contre pseudo-mot), l'état de vigilance (éveil contre S2 'avec CK' contre S2 'sans CK' contre SP) et la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz). Nous avons choisi de comparer les résultats obtenus au cours du sommeil à la moyenne des deux conditions passives, précédant et suivant le sommeil, car la première analyse a montré qu'il n'y avait pas de différence significative entre ces deux conditions (voir les Résultats). De plus, nous n'avons pas inclus dans l'analyse les données obtenues en stade 1 et en sommeil lent profond (stades 3 et 4), à cause du faible nombre de réponses exploitables. Enfin, contrairement à l'étude réalisée sur les prénoms, nous avons préféré ne pas distinguer les réponses obtenues avec un 'CK complet' de celles ne présentant pas de CK visible sur l'eeg (réponses 'sans CK') ; ces deux types de réponses ont donc été intégrées dans l'analyse de variance globale. Toutefois, en mélangeant dans une même analyse statistique des réponses dont l'amplitude n'excède pas 10 µv (éveil, SP, S2 'sans CK') avec des réponses dont l'amplitude atteint couramment les 100 µv (S2 'avec CK'), nous étions forcément limité à n'observer que des effets provoqués par les variations d'amplitude de ces dernières réponses (dont les déviations standards pouvaient atteindre 26 µv) et non ceux induits par les variations des réponses moins amples (dont les déviations standards n'excédaient pas 2-3 µv). C'est pourquoi nous nous sommes également proposé de réaliser des ANOVA sur les valeurs d'amplitudes des composantes, mais cette fois après avoir normalisé les amplitudes des composantes obtenues en S2 'avec CK' à celles de l'éveil. Pour cela 111

nous avons calculé le rapport existant entre les valeurs moyennes d'amplitude des composantes N1, P2 et N400 enregistrées à l'éveil et celles des composantes homologues observées en S2 'avec CK'. Les valeurs obtenues au cours de ce dernier état de vigilance ont alors été divisées par ce facteur, qui était égal à 10. Nous avons limité nos analyses statistiques aux électrodes de la ligne médiane (Fz, Cz et Pz), d'une part parce que les potentiels étaient connus pour être le mieux différenciés sur ces électrodes (voir aussi représentations cartographiques des figures 24 et 26), et d'autre part pour réduire la complexité des analyses statistiques. Contrairement à l'étude des prénoms, les représentations topographiques n'ont révélé aucune latéralisation de réponses au cours du sommeil : il n'a donc pas été nécessaire de réaliser des tests statistiques entre les électrodes des deux hémisphères. En ce qui concerne les latences des composantes N1 et P2, elles ont été soumises à une ANOVA à 2 facteurs, avec des mesures répétées sur le type de stimulus (mot congruent contre mot incongru contre pseudo-mot contre mot amorce) et l'état de vigilance (éveil, SP, S2 'avec CK', S2 'sans CK'). Pour la composante N400, la même ANOVA a été réalisée mais le facteur 'état de vigilance' ne contenait pas la variable S2 'avec CK' (aucune composante négative n'étant observable dans la fenêtre temporelle du N400 de l'éveil), et pour les composantes N3 et P4, seuls des tests t ont permis de connaître les variations de latence au cours du S2 'avec CK' en fonction du type de stimulus (ces composantes n'étant pas observables dans les autres états de vigilance). e- Analyse de l'incorporation des stimulus L'estimation des incorporations des mots a été classée de la même façon que lors de l'étude sur les prénoms (revoir Chapitre Trois, paragraphe II.E.6). 112

B- RESULTATS 1- Réponses électrophysiologiques pendant l'éveil Trois potentiels classiquement décrits au cours des paradigmes de type N400 ont été observés dans notre étude à l'éveil : une négativité fronto-centrale N1 vers 130 ms, une positivité centrale P2 vers 220 ms (figure 24), et une négativité frontale tardive N400 entre 330 et 400 ms (figure 25). La différence d'aire du N400 entre deux stimulus est apparue avec un maximum d'amplitude sur la région centro-pariétale du scalp. Cet 'effet N400' était plus précoce lors de la comparaison des mots incongrus et congruents (autour de 390 ms) et plus tardif lorsqu'on comparait les mots 'amorces' ou les pseudo-mots avec les mots congruents ou incongrus (vers 450-490 ms) (figure 24). Les valeurs maximales des amplitudes moyennes des N1 et P2 (en Cz), celles de l'aire moy enne maximale du N400 (en Fz) ainsi que les latences correspondantes sont représentées tableau 5. N1 P2 N400 C I A PM C I A PM C I A PM Eveil avant -3,3±1,4 127±8,5-4,2±1,3 130±16,5-3,7±1,7 129±18,8-3,6±1,2 128±12,1 1,8±1,9 222±30,3 1,6±1,5 217±33,4 1,4±2,1 219±25,9 2,2±2 225±28,1-1,4±2,2 330±37-2±1,4 332±63-2,4±1,7 399±80-2,3±1,7 355±66 Eveil après -3,3±2,1 130±20,2-3,7±1,6 135±16,5-3,6±1,3 130±18,8-3,2±1,1 131±12,1 1,2±1,9 221±36,4 1,4±2,7 222±23,8 0,2±1,8 229±29,5 0,9±2,3 223±31,1-1,4±1,6 332±89-1,6±1,2 366±76-2,2±1,3 382±58-2,3±1,5 407±99 Tableau 5 : Moyennes, ± déviations standards, des valeurs maximales d'amplitudes (en µv) et des latences (en ms) des composantes obtenues avant et après le sommeil pour les mots congruents (C), incongrus (I), 'amorces' (A) et les pseudo-mots (PM). Figure 24 (page suivante) : Potentiels évoqués par les mots congruents (C), incongrus (I), amorces (A) et les pseudomots (Pm) au cours de l'éveil précédant et suivant le sommeil (tracés du haut) et de la moyenne des deux conditions d'éveil (tracés du bas). Les représentations topographiques à la valeur maximale d'amplitude des composantes N1 et P2 ont été illustrées pour les réponses moyennes d'éveil (tracés du bas). En ce qui concerne le N400, les représentations topographiques des différences d'aire significatives entre mots incongrus et congruents (I-C, correspondant sur les tracés à la partie hachurée), entre mots 'amorces' et congruents (A-C), entre pseudo-mots et mots congruents (Pm-C), entre mots 'amorces' et incongrus (A-I) et entre pseudo-mots et mots incongrus (Pm-I) sont également figurées pour les réponses moyennes d'éveil (tracés du bas). 113

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L'analyse ANOVA a mis en évidence un effet significatif du type de stimulus (mot congruent contre mot incongru contre mot amorce contre pseudo-mot) sur l'amplitude moyenne du N400 (F3;24 = 5,88 ; p = 0,0129). Les analyses post-hoc (voir aussi figure 27) ont montré que l'amplitude du N400 était plus grande après les mots incongrus, les mots amorces et les pseudo-mots qu'après les mots congruents (respectivement t8 = 3,8 ; p = 0,0053 ; t8 = 3,1 ; p = 0,0142 ; t8 = 3,4 ; p = 0,009), plus grande après les mots amorces et après les pseudo-mots qu'après les mots incongrus (respectivement t8 = 2,5 ; p = 0,0383, t8 = 2,4 ; p = 0,0459) et que les mots amorces et les pseudomots développaient la même amplitude (n.s.). Par contre, aucun effet de la position par rapport au sommeil (avant contre après) n'a été observé sur les amplitudes moyennes des différentes composantes. Seule une interaction entre la position par rapport au sommeil et la position de l'électrode a été observée sur le N400 (F2;16 = 8,851 ; p = 0,0063) en raison d'une plus grande amplitude moyenne en Fz et Cz qu'en Pz avant le sommeil (t8 = -3,1 ; p = 0,0145 entre Fz et Pz ; t8 = -3,7 ; p = 0,006 entre Cz et Pz ; n.s. entre Cz et Pz) alors que ce n'était pas le cas après le sommeil (n.s. pour toutes les comparaisons). La même interaction a été notée sur l'amplitude du N1 (F2;16 = 7,447 ; p = 0,0131), en raison d'une plus grande amplitude en Fz et Cz qu'en Pz avant le sommeil (t8 = -3,2 ; p = 0,0134 entre Fz et Pz ; t8 = -4,8 ; p = 0,0017 entre Cz et Pz ; n.s. entre Cz et Pz) alors qu'elle était seulement plus grande en Cz qu'en Pz après le sommeil (t8 = -2,8 ; p = 0,0243 entre Cz et Pz ; n.s. entre Cz et Pz et entre Fz et Pz). Enfin, la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz) a eu un effet significatif sur les composantes N1 et N400, N1 étant maximale en Cz et N400 en Fz. L'ANOVA testant les éventuelles différences hémisphériques et antéro-postérieures n'a montré aucun effet du facteur hémisphère (droit contre gauche). Le facteur position antéro-postérieure ('frontocentrale' contre 'centro-pariétale') a, quant à lui, confirmé le résultat de l'analyse précédente puisqu'il a montré un effet significatif sur le N400 (F1;8 = 7,022 ; p = 0,0293), l'amplitude étant plus négative en position fronto-centrale. De plus, une interaction entre la position par rapport au sommeil et la position antéro-postérieure sur le N400 (F1;8 = 19,615 ; p = 0,0022) a confirmé l'interaction observée avec l'anova précédente. 115

Figure 25 : Représentations topographiques de la composante N400 obtenues après les mots congruents (par rapport aux mots qui les précédent), incongrus (par rapport aux mots qui les précédent), 'amorces' (qui surviennent après des pseudo-mots) et les pseudo-mots (qui surviennent après le deuxième mot des paires congruentes ou incongrues). A la différence des figures 24 et 26, ces représentations ne correspondent pas à la soustraction des réponses électrophysiologiques obtenues après deux stimulus mais sont le reflet de l'activité électrique pour chaque stimulus au cours d'intervalles de temps de 25 ms (et entre 254 et 512 ms après le début du stimulus). Enfin, notons que les pseudo-mots présentent, contrairement aux autres stimulations, une négativité bilobée (séparation autour de 360 ms). Enfin les ANOVA réalisées sur les latences des composantes n'ont révélé qu'un effet significatif du type de stimulus sur le N400 (F3;24 = 4,361 ; p = 0,0208), qui était retardé après les mots amorces et les pseudo-mots comparativement aux mots congruents (respectivement t8 = -2,9; p = 0,0206 et t8 = -2,7 ; p = 0,026). En résumé, les ANOVA ont montré : - une augmentation de l'amplitude du N400 après les mots incongrus comparativement aux mots congruents et après les pseudo-mots et les mots 'amorces' comparativement aux mots congruents et incongrus ; - un retard de la latence d'apparition du N400 après les pseudo-mots et les mots 'amorces' par rapport aux mots congruents et incongrus ; - une absence de latéralisation, en moyenne, de la composante N400 et un maximum d'amplitude sur la région fronto-centrale. - une absence de différence d'amplitude des composantes avant et après le sommeil. 116

2- Réponses aux stimulations au cours du sommeil a- Influence des stimulations sur la structure du sommeil (hypnogrammes) Les hypnogrammes de nuits des 10 sujets qui ont participé au protocole final (revoir les méthodes) sont représentés en annexe 4. Le sommeil des ces 10 sujets, qui a duré en moyenne 6h07 ± 0h45, a été constitué de 62,7 % de S2, 15,5 % de SLP, 17,2 % de SP et 4,6 % de S1. L'analyse des hypnogrammes a montré que la presque totalité des sujets a eu un sommeil relativement agité, avec une désorganisation de la structure du sommeil, des changements fréquents de stades et quelques réveils aux stimulations, sans doute en raison des plus nombreuses stimulations effectuées comparativement à l'étude sur les prénoms. Malgré cette forte proportion de nuits désorganisées, le questionnaire de fin de nuit a montré que les sujets ne se sont pas plaints d'avoir passé une nuit de mauvaise qualité et ont même estimé la profondeur de sommeil comme 'moyenne'. Seul un sujet a réellement passé une très mauvaise nuit, puisque très peu de sommeil a pu être obtenu et puisqu'il se réveillait systématiquement lors des stimulations (en fait il a cru que c'était l'objectif de l'expérience). De ce fait, les réponses électrophysiologiques de ce sujet n'ont pas été intégrées dans les 'grandes-moyennes'. Tous les autres sujets, soit 9 individus, ont pu fournir un nombre suffisant de réponses à chaque type de stimulus dans tous les états de vigilance, c'est-à-dire supérieur ou égal à six séries de 72 stimulus en sommeil paradoxal (six séries ayant été nécessaires à l'éveil en condition passive pour réduire sensiblement le bruit de fond de l'eeg) et supérieur ou égal à douze séries en stade 2 (deux types de réponses étant différenciées au cours de ce stade). Enfin, parmi ces 9 sujets aucun n'a pu décrire précisément le contenu des stimulations envoyées au cours de la nuit. b- Incorporation sensorielle dans l'activité mentale Après dépouillement des réponses au questionnaire des 12 sujets enregistrés, il est ressorti que : - quatre sujets n'ont eu aucun souvenir de rêves ou de pensées, - cinq autres n'ont eu que des souvenirs de type visuel (4 ayant été réveillés après une période de S2 et un de SP), - et les trois autres sujets ont eu des souvenirs oniriques à contenu auditif. Pour deux d'entre eux, les sensations auditives n'avaient pas de rapport avec les mots envoyés juste avant le réveil (ils ont été réveillés après une période de S2). Pour le troisième, le souvenir faisait clairement référence à des mots envoyés juste avant le réveil. Pour ce sujet, chez qui nous avions appliqué le premier protocole (sans les pseudo-mots intercalés et avec des mots dissyllabiques), une première histoire, 117

en rapport avec les préoccupations diurnes du sujet (révisions pour un examen), s'est vu chevauchée puis remplacée par une autre histoire, où la dormeuse 'observait' des indiens converser (sans rappel du contenu) sur une colline puis qui se mettaient à tuer des oiseaux. Or, parmi les mots envoyés au moment probable où le sujet 'rêvait' cette histoire, se trouvaient 'oiseau', 'sentier', 'colline' et 'merle'. Il est a noter enfin, que le sujet se trouvait en sommeil lent léger (S2) au cours de l'envoi de la dernière série de stimulations précédant le réveil. c- Réponses électrophysiologiques de sommeil Les composantes déjà décrites à l'éveil (N1, P2 et N400) ont également été observées en sommeil paradoxal (SP) et en stade 2 (S2) lorsque les réponse n'étaient pas concomitantes d'un complexe K (CK) de grande amplitude (S2 'sans CK'). Les distributions sur le scalp de ces composantes ont été retrouvées aux mêmes sites que pendant l'éveil, à savoir en position frontocentrale pour le N1, centrale pour le P2 et frontale pour le N400. La différence d'aire du N400 entre deux stimulus est apparue avec un maximum d'amplitude en topographie centrale, voire fronto-centrale, sur le scalp, autour de 480-490 ms (pour les stimulations qui ont présenté une différence significative, voir figure 26). Par contre, les réponses obtenues en S2 en présence d'un CK concomitant (S2 'avec CK') ont présenté une morphologie de réponse très différente de celles des autres états de vigilance, avec notamment l'apparition d'un complexe tardif dénommé N3-P4, vers 800 et 1250 ms. Les valeurs maximales des amplitudes moyennes des composantes N1, P2, N3 et P4 (en Cz pour N1 et P2 et en Fz pour N3 et P4), celles de l'aire moyenne maximale du N400 (en Fz) ainsi que les latences correspondantes sont représentées tableaux 6 et 7. Figure 26 (page suivante) : Potentiels évoqués par les mots congruents (C), incongrus (I), amorces (A) et les pseudomots (Pm) à l'éveil, en sommeil paradoxal, en stade 2 (S2) 'sans CK' et en S2 'avec CK' (la partie hachurée correspond aux différences obtenues entre mots incongrus et congruents). Les représentations topographiques du N400 ont été illustrées lorsqu'une différence significative apparaissait entre deux stimulus, ainsi que celles des composantes N3 et P4 spécifiques du S2 'avec CK'. 118

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N1 P2 N400 C I A PM C I A PM C I A PM Eveil -3,2±1,5 128±15,4-3,8±1,2 132±21,7-3,8±1,6 132±18,4-3,8±1,7 127±9,1 1,4±1,1 236±39,6 1,2±1,9 231±34,4 0,8±1,7 231±29 1,5±1,8 233±33,2-1,1±1,6 331±41,2-1,7±1,3 349±50,2-2,2±1,1 391±46,2-2,3±0,9 381±58,1 SP -2,8±5 125±26,7-2,4±2,6 122±20,2-1,5±2,8 131±29,1-1,5±1,7 127±30,8 7,1±4,1 221±41,2 6±4,8 210±34,6 5,8±3,6 213±42,6 7,1±5,4 208±33,4 2,3±2,7 402±42,6 0,1±2,2 434±41,3-0,1±1,5 436±40,3 1,2±3 407±31 S2 'sans -1,3±2,6-2,8±3-0,6±1,9-2,8±2,5 4,5±3,7 3,5±2,7 4,1±2,9 3,5±2,5 1,3±2,3-1,2±3,2-0,8±1,7-1,5±3,4 CK' 123±26,4 121±33,6 110±22,4 105±24,3 235±47,5 214±43,7 210±44,4 217±41,2 362±38,9 418±52,4 414±51,8 418±48,4 Tableau 6 : Moyennes, ± déviations standards, des valeurs maximales d'amplitudes (en µv) et des latences (en ms) des composantes N1, P2 et N400 obtenues à l'éveil (moyenne des réponses enregistrées avant et après le sommeil), en sommeil paradoxal (SP) et au cours du stade 2 en l'absence de complexe K sur l'eeg (S2 'sans CK'), après les mots congruents (C), incongrus (I), 'amorces' (A) et les pseudo-mots (P-M). N1 P2 N3 P4 C I A PM C I A PM C I A PM C I A PM S2 'avec -7,5±5,5-7±3,8-9,4±5-6,1±4,5 0,1±6,2 0,1±4-1,6±4-0,2±4,1-91±18-86±26-91±26-82±14 30,8±16 21,6±8 21,6±8 21,6±8 CK' 127±49 150±45 118±40 129±42 202±24 209±30 200±19 197±25 801±91 787±81 764±66 815±99 1219±77 1245±97 1245±97 1245±97 Tableau 7 : Moyennes, ± déviations standards, des valeurs maximales d'amplitudes (en µv) et des latences (en ms) des composantes N1, P2, N3 et P4 obtenues au cours du stade 2 en présence de complexe K sur l'eeg (S2 'avec CK'), après les mots congruents (C), incongrus (I), 'amorces' (A) et les pseudo-mots (P-M). Lorsque les amplitudes des composantes obtenues en S2 'avec CK' étaient normalisées par rapport à celles de l'éveil (pour éviter l'effet des trop grandes disparités d'amplitude, voir Méthodes), l'anova a montré un effet significatif du type de stimulus (mot congruent contre mot incongru contre pseudo-mot contre mot 'amorce') sur la composante N400 (F3;24 = 9,407 ; p = 0,0011), dont l'aire était modifiée en fonction du stimulus. Toutefois, cet effet n'était significatif qu'au cours de l'éveil, du SP et du S2 'sans CK' mais pas au cours du S2 'avec CK', ce qui est suggéré par l'interaction observée entre le type de stimulus et l'état de vigilance (F9;72 = 2,579 ; p = 0,06 et 0,0124 si non corrigée). Les analyses post-hoc (voir aussi figure 27) ont montré que le N400 présentait une amplitude plus grande après les mots incongrus (I) qu'après les mots congruents (C) dans tous les états de vigilance excepté le S2 'avec CK' (t8 = 2,8 ; p = 0,0233 à l'éveil ; t8 = 2,6 ; p = 0,0096 en S2 'sans CK' ; t8 = 3,8 ; p = 0,0055 en SP ; n.s. en S2 'avec CK'), et que les différences d'amplitude obtenues pour les mots 'amorces' (A) et les pseudo-mots (P) présentaient des configurations différentes selon les états de vigilance : à l'éveil le N400 était plus ample après les 120

mots 'amorces' et les pseudo-mots qu'après les mots incongrus (t8 = 3,9 ; p = 0,0043 entre C et A ; t8 = 3,5 ; p = 0,0078 entre C et P ; t8 = 2,8 ; p = 0,0229 entre I et A ; t8 = 2,5 ; p = 0,0396 entre I et P ; n.s. entre A et P) ; en S2 'sans CK' les mots 'amorces' et les pseudo-mots ont présenté une amplitude similaire à celle obtenue après les mots incongrus (t8 = 2,3 ; p = 0,0485 entre C et A ; t8 = 2,7 ; p = 0,0397 entre C et P ; n.s. entre I et A, entre I et P et entre A et P) ; et en SP seuls les mots 'amorces' ont eu une amplitude comparable à celle obtenue après les mots incongrus, les pseudo-mots ne développant pas une amplitude significativement différente de celle des mots congruents donc d'amplitude intermédiaire à celle des mots congruents et à celle des mots incongrus (t8 = 4 ; p = 0,0041 entre C et A ; n.s. entre C et P, entre I et A, entre I et P et entre A et P). Figure 27 : Aires moyennes, ± erreur standard, de la composante N400 au cours de l'éveil, du stade 2 (S2) 'sans CK', du sommeil paradoxal (SP) et aires moyennes obtenues dans la même fenêtre de latence en S2 'avec CK', après les mot congruents, incongrus, amorces et les pseudo-mots. Les différences significatives sont représentées par un astérisque. Lorsque les amplitudes des composantes du S2 'avec CK' n'étaient pas normalisées, un effet significatif de l'état de vigilance (éveil contre S2 'avec CK' contre S2 'sans CK' contre SP) a été observé sur toutes les composantes (F3;24 = 40,746 ; p = 0,0001 pour N1 ; F3;24 = 36,513 ; p = 0,0001 pour P2 ; F3;24 = 26,091 ; p = 0,0005 pour N400 ; F3;24 = 40,746 ; p = 0,0001 pour N3 ; F3;24 = 82,212 ; p = 0,0001 pour P4). Les analyses post-hoc (voir aussi figure 28) ont montré que l'amplitude du N1 était plus grande en S2 'avec CK' que dans les autres états de vigilance (p < 121

0,005) et plus ample à l'éveil qu'en S2 'sans CK' (p < 0,001) ; que l'amplitude du P2 était la plus grande en SP, puis en S2 'sans CK', puis à l'éveil et enfin était la plus petite en S2 'avec CK' (p < 0,001 pour toutes les comparaisons) ; que l'aire du N400 était plus grande en S2 'avec CK' que dans les autres états de vigilance (p < 0,002) et plus positif en SP qu'à l'éveil et en S2 'sans CK' (p < 0,006) ; et que les amplitudes des N3 et P4 étaient plus grandes en S2 'avec CK' que dans tous les autres états de vigilance (p < 0,0001). De plus, un effet significatif de la position de l'électrode (Fz contre Cz contre Pz) a été observé sur les amplitudes des composantes N400, N3 et P4, suggérant qu'elles étaient maximales en Fz (respectivement F2;16 = 16,119 ; p = 0,002 ; F2;16 = 81,183 ; p = 0,0001 ; F2;16 = 5,839 ; p = 0,0332). Enfin, une interaction entre le facteur position de l'électrode et le facteur état de vigilance a révélé que les composantes N1, N400, N3 et P4 étaient maximales en Fz et P2 en Pz seulement au cours du S2 'avec CK' (F6;48 = 4,37 ; p = 0,0338 pour N1 ; F6;48 = 4,695 ; p = 0,0322 pour P2 ; F6;48 = 15,577 ; p = 0,0025 pour N400 ; F6;48 = 89,679 ; p = 0,0001 pour N3 ; F6;48 = 13,594 ; p = 0,0001 pour P4). Figure 28 : Amplitudes ou aires moyennes, ± erreur standard, des composantes N1, P2, N400, N3 et P4 au cours de l'éveil, du stade 2 (S2) 'avec CK' (non normalisées), du S2 'sans CK' et du sommeil paradoxal (SP) après les mot congruents, incongrus, amorces et les pseudo-mots. Les ANOVA réalisées sur les latences des composantes n'ont montré que des effets sur la 122

composante N400. Un effet significatif de l'état de vigilance a été observé (F3,24 = 16,009 ; p = 0,0001), suggérant que les latences étaient retardées au cours du sommeil comparativement à l'éveil (t8 = -2,6 ; p = 0,0308 entre l'éveil et le S2 'sans CK' ; t8 = -3,4 ; p = 0,0099 entre l'éveil et le SP ; n.s. entre le S2 'sans CK' et le SP). De plus, une interaction entre l'état de vigilance et le type de stimulus a été noté sur la latence du N400 (F6,48 = 2,729 ; p = 0,06 et 0,0231 si non corrigée), suggérant que la latence obtenue après les mots 'amorces' était retardée comparativement à celle obtenue après les mots congruents dans tous les états de vigilance (t8 = -2,9 ; p = 0,0206 à l'éveil ; t8 = -2,4 ; p = 0,0444 en SP ; t8 = -3,3 ; p = 0,0117 en S2 'sans CK'), que la latence observée après les pseudo-mots était retardée comparativement à celle des mots congruents à l'éveil et en S2 'sans CK' mais pas en SP (t8 = -2,7 ; p = 0,026 à l'éveil ; n.s. en SP ; t8 = -3,2 ; p = 0,0123 en S2 'sans CK'), et que la latence observée après les mots 'amorces' était retardée comparativement à celle des mots incongrus seulement à l'éveil (t8 = -3,1 ; p = 0,0146 à l'éveil ; n.s. en SP et en S2 'sans CK'). En résumé, les ANOVA réalisées entre les différents états de vigilance ont montré : - que la composante N400 était plus grande après les mots incongrus, les mots 'amorces' et les pseudo-mots qu'après les mots congruents au cours du S2, en absence de CK ; - que la composante N400, au cours du SP, était plus grande après les mots incongrus et les mots 'amorces' qu'après les mots congruents et qu'elle présentait après les pseudo-mots une amplitude intermédiaire entre les mots congruents et incongrus ; - que la latence du N400 était retardée au cours du sommeil comparativement à l'éveil ; - que les amplitudes des composantes N1 et P2 étaient respectivement diminuée et augmentée au cours du sommeil comparativement à l'éveil ; - qu'au cours du S2 en présence de CK, les amplitudes des composantes étaient globalement augmentées comparativement à tous les autres états de vigilance, notamment en ce qui concerne les N3 et P4, et qu'il n'y avait pas de différence d'amplitude selon la nature du stimulus dans la fenêtre temporelle du N400. 123

C- DISCUSSION Cette nouvelle étude a mis en évidence l'apparition de réponses électrophysiologiques différentielles après des mots congruents et incongrus aussi bien à l'éveil qu'au cours du sommeil paradoxal et du stade 2 de sommeil, les réponses de ce dernier stade n'étant visibles qu'en l'absence de complexe K. De plus, les résultats ont montré que les réponses obtenues après des pseudo-mots (succédant à un mot) et des mots 'amorces' (succédant à un pseudo-mot) n'étaient pas comparables au cours de trois états de vigilance. Alors que ces deux types de stimulations ont présenté à l'éveil des réponses sensiblement différentes de celles évoquées par les mots congruents et incongrus, ils ont développé au cours du sommeil des réponses dont les amplitudes variaient selon le stade considéré. Nous discutons par la suite la signification possible de chacun de ces résultats. 1- Réponses obtenues à l'éveil a- Effets de la qualité du stimulus et du contexte sur les réponses A l'éveil, les potentiels N1 et P2 n'ont présenté aucune différence d'amplitude ou de latence en réponse aux différents types de stimulus ; seule la composante négative tardive, nommée N400, s'est vue modifiée par la nature des stimulus. Notamment, une différence d'aire du N400 est apparue entre mots incongrus et congruents autour de 390 ms en position centro-pariétale sur le scalp (figure 24). Notre étude a donc confirmé un résultat connu depuis Kutas et Hillyard (1980), selon lequel un mot incongru évoque un potentiel négatif, autour de 400 ms, le N400, plus ample après un mot non approprié dans le contexte (incongru) qu'après un mot approprié (congruent). Elle confirme aussi que, au-delà du contexte d'une phrase, le N400 peut apparaître à la simple présentation d'un mot, qui n'est pas lié sémantiquement à un autre mot le précédant (Bentin et coll., 1985). De plus, le N400 observé dans notre étude est apparu très similaire, en terme de latence (autour de 400 ms) et de représentation topographique sur le scalp (maximale sur les régions centro-pariétales) 10, avec ce qui a pu être décrit dans la littérature (Kutas et Hillyard, 1980), notamment dans la modalité auditive (McCallum et coll., 1984). En revanche, nous n'avons remarqué aucune latéralisation à droite du N400 comme cela a été plusieurs fois observé par l'équipe de Kutas (par exemple Kutas et Hillyard, 1983 ; Kutas et coll., 1988), peut être en raison 10 Rappelons que si la topographie de cette composante est maximale dans les régions centro-pariétales du scalp, cela n'implique pas que les générateurs sont situés dans cette région. Pour connaître la localisation des sources, il est préférable de rechercher les inversions de phase du potentiel. En ce qui concerne le N400 de cette étude, les représentations topographiques (figure 25) suggèrent des générateurs temporaux. Une étude complémentaire de la localisation des générateurs serait nécessaire pour fournir de plus amples renseignements. 124

des différents types de paradigmes employés. Nos résultats ont montré également que les pseudo-mots (qui succèdent toujours à un mot) et les mots 'amorces' (qui eux succèdent toujours à un pseudo-mot) développaient un N400 encore plus ample et plus tardif que celui observé après les mots sémantiquement incongrus. Ainsi, il semblerait que l'effet 'N400' observé après un stimulus soit dépendant de la nature de la stimulation, mais également du contexte dans lequel il est présenté, c'est-à-dire de la stimulation qui le précède. Un résultat similaire avait été obtenu dans l'étude de Bentin et coll. (1985) où la présentation visuelle de pseudo-mots avait évoqué un N400 d'amplitude plus grande que celle obtenue après les mots liés ou non sémantiquement, cet effet ayant été retrouvé également dans la modalité auditive (Holcomb et Neville, 1990). Nos résultats peuvent être interprétés dans le cadre de l'hypothèse de l'effet de 'préparation sémantique' (ou effet 'd'amorçage sémantique', Meyer et Schvaneveldt, 1971), qui stipule qu'un sujet détecte plus rapidement un mot si celui-ci est précédé par un mot lié sémantiquement. En effet, nous pouvons suggérer que, dans notre étude, la présentation d'un mot 'préparait' un contexte (ou 'champ') sémantique qui facilitait l'accès au lexique du mot lui succédant, si celui-ci lui était associé par le sens. Le rapport entre le N400 et l'effet d'amorçage serait donc de type inverse, puisque l'amplitude de la composante augmenterait si le degré d'amorçage diminuait ; l'augmentation du N400 pourrait alors signer l'échec de la préparation sémantique, impliquant par conséquent une plus longue durée d'intégration du mot. Ainsi, dans le cadre de notre étude, les modulations du N400 pourraient être proportionnelles aux 'ressources' nécessaires pour réaliser la recherche lexicale de la stimulation, conduisant à sa reconnaissance. En ce qui concerne les mots congruents, les ressources nécessaires pour réaliser sa recherche lexicale seraient minimes et seraient donc reflétées par un N400 d'amplitude réduite. En revanche, si le mot précédent avait 'préparé' un champ sémantique qui ne correspondait pas au mot suivant (incongruence sémantique), les ressources nécessaires à la recherche lexicale de ce mot (et donc à sa reconnaissance) deviendraient plus importantes, d'où l'augmentation d'amplitude du N400. Enfin, un mot précédant un pseudomot pourrait d'une part mal 'préparer' sémantiquement le contexte (incongruence sémantique) et d'autre part mal anticiper la présentation d'une stimulation qui n'est pas un mot (que nous nommons arbitrairement 'discordance lexicale'). L'accès aux ressources nécessaires à la détection d'un pseudo-mot pourrait alors être retardé, ce qui se traduirait par une augmentation encore plus grande de l'aire du N400. Dans leur étude, Bentin et coll. (1985) ont proposé également de rapprocher l'effet N400 de l'effet comportemental d'amorçage sémantique et ont suggéré une 125

interprétation similaire concernant l'augmentation de l'amplitude du N400. Pour ces auteurs aussi, le N400 serait proportionnelle aux ressources nécessaires à la recherche lexicale (la plus grande pour les pseudo-mots, la plus petite pour les mots congruents et intermédiaire pour les mots incongrus). Concernant les mots 'amorces', les résultats nous semblent particulièrement intéressants. En effet, à la différence de ce qui se passe pour les autres stimulations, la situation contextuelle n'est pas verbale (de l'ordre du mot) lorsque les mots 'amorces' sont présentés, car les pseudo-mots qui les précèdent ne devraient activer ni contexte sémantique ni contexte lexical (c'est un contexte avec des syllabes mais sans mot). Dans ce cas-là, la reconnaissance du mot pourrait se faire comme un décryptage lexico-sémantique qui ne bénéficie d'aucune facilitation (sémantique ou lexicale). Les ressources nécessaires à sa reconnaissance seraient alors plus importantes que si le mot était précédé d'un autre mot, qu'il soit congruent ou incongru (même la détection de mots incongrus bénéficierait d'une facilitation puisqu'ils apparaissent dans un contexte lexical). Toutefois, si l'amplitude du N400 est similaire après les pseudo-mots et les mots amorces, cela n'implique pas que ces deux N400 reflètent le même mécanisme cérébral. Alors que la reconnaissance des pseudomots serait plutôt le résultat de deux 'échecs' (mauvaises préparations sémantique et lexicale), celle des mots 'amorces' pourrait être la conséquence d'une simple analyse non anticipée. Cette hypothèse est renforcée par le fait que les représentations topographiques sur le scalp de ces deux N400 n'avaient pas la même morphologie. Alors que le N400 succédant aux pseudo-mots était bilobé (signant peut-être les deux 'échecs') 11, celui obtenu après les mots 'amorces' correspondait à une seule négativité (figure 25), et ce pour chaque sujet. Deux mécanismes neuronaux différents pourraient donc être à l'origine de ces deux représentations topographiques. b- Rôle fonctionnel du N400 Si, comme l'ont suggéré également Bentin et coll. (1985), le potentiel N400 est inversement proportionnel à l'effet comportemental 'd'amorçage (ou de préparation) sémantique' 12, quel mécanisme cérébral pourrait-il réellement signer? Les études en psycholinguistique ont permis de révéler qu'au moins trois mécanismes théoriques pouvaient être à l'origine de cet effet (Neely et Keefe, 1989). D'une part, le N400 pourrait refléter l'existence, au sein de la mémoire sémantique, 11 Il n'est pas exclu que deux négativités de discordance se succèdent en réponse aux pseudo-mots, signant la discordance sémantique et l'incongruence sémantique. Par contre, il n'est pas possible avec notre étude de savoir laquelle survient en premier. 12 qui stipule qu'un sujet détecte plus rapidement un mot si celui-ci est précédé par un mot lié sémantiquement (Meyer et Schvaneveldt, 1971). 126

de liens entre les mots qui sont associés par le sens. Les mots appartenant à un même réseau sémantique pourraient alors s'activer par 'propagation automatique' dès que l'un d'eux est entendu (ASA pour 'automatic spreading of activation', Collins et Loftus, 1975), ce qui faciliterait sa reconnaissance. Par ailleurs, le sujet pourrait développer une stratégie consistant à se servir de l'information contenue dans le ou les mots déjà apparu(s) pour préparer les mots susceptibles d'apparaître dans le contexte (EIP pour 'expectancy-induced priming' ; Posner et Snyder, 1975). Enfin, une fois l'analyse lexicale du mot 'cible' réalisée (c'est donc un mécanisme post-lexical), une comparaison sémantique avec le ou les mot(s) précédents pourrait avoir lieu (SM pour 'semantic matching' ; DeGroot, 1984). Si le N400 semble intimement lié à l'effet d'amorçage sémantique, il n'est pas forcément le reflet global de ces trois mécanismes (pour autant que les trois coexistent véritablement) mais peut-être seulement d'une partie. Plus encore, en tant que marqueur électrophysiologique d'une 'détection', le N400 pourrait refléter différents mécanismes dans différentes situations. L'enjeu sous-jacent à toutes ces questions théoriques est de décider si le N400 est plutôt le reflet de mécanismes d'accès lexical automatiques (donc de mécanismes involontaires comme l'asa), ou bien celui de processus d'intégration post-lexicale volontaires (donc contrôlés par l'attention comme le SM). Les auteurs qui se sont intéressés à cette question se sont proposés de manipuler le niveau de traitement sémantique des sujets, en faisant porter l'attention sur les aspects physiques des mot (Craik et Lockhart, 1972), ou en masquant (en superposant un bruit de fond) le premier mot ('amorce') de la paire (Fowler et coll., 1981). L'hypothèse est que si un N400 apparaissait après des incongruences sémantiques alors que le sujet ne pouvait traiter 'activement' (de façon contrôlée et volontaire) le sens du mot, alors le N400 devrait refléter davantage un processus automatique tel que l'asa. Réciproquement, si le N400 n'apparaît pas lorsque le sujet ne peut pas traiter 'activement' le contenu sémantique, ce potentiel refléterait plutôt un mécanisme 'actif' tel que le SM. Malheureusement, les résultats de la littérature proposent des conclusions opposées. Certaines études ont montré que le N400 pouvait apparaître dans les conditions où le sujet ne traitait pas 'activement' le sens des mots, par exemple lorsqu'il devait repérer si une lettre présentée après une paire de mots congruents ou incongrus était présente ou non dans l'un des deux mots (Kutas et Hillyard, 1989 ; voir aussi Besson et coll., 1992). D'autres, en revanche, n'ont pas pu observer de N400 après des mots incongrus dans une tâche de comptage de pseudo-mots survenant dans une liste de mots (Bentin et coll., 1993 ; voir aussi Brown et Haggort, 1993 ; Chwilla et coll., 1995). La question de l'origine pré- ou post- lexicale (ou 'automatique' et 'contrôlée') du N400 peut être abordée également en étudiant son apparition au cours de divers niveaux de vigilance, allant de la 127

somnolence à l'état d'hyper attention, ainsi qu'au cours des différents stades de sommeil. En effet, si une telle composante peut apparaître alors que le sujet est proche de la somnolence, voire endormi, alors il est probable que cette composante reflète davantage des processus automatiques tel que celui décrit précédemment (l'asa). A l'éveil, nous n'avons pas étudié systématiquement l'apparition du N400 au cours des divers degrés de vigilance, mais seulement avant et après un sommeil. Malgré tout, l'étude précédente (Chapitre Trois) avait pu révéler que l'inertie de sommeil, ressentie par les sujets juste après un réveil matinal, avait une influence sur les réponses électrophysiologiques qui se trouvaient modifiées comparativement à un état éveillé précédant le sommeil. Or, dans cette nouvelle étude aucune différence n'a été observée sur l'amplitude et la latence du N400 entre les deux conditions. Ces premiers résultats ne sont, bien sûr, pas suffisants pour pouvoir se prononcer quant à la signification fonctionnelle du N400, mais ils montrent déjà que la composante N400 est un indice électrophysiologique robuste de la détection d'incongruence et qu'il apparaît comme étant relativement indépendant des fluctuations de l'état de vigilance, du moins tant que le sujet reste éveillé. Les résultats obtenus au cours des différents stades de sommeil vont pouvoir apporter des éléments plus pertinents à cette question. 2- Réponses obtenues pendant le sommeil Malgré la très probable incorporation de mots dans le rêve décrit par un sujet, les données comportementales n'ont pu fournir d'éléments supplémentaires à la discussion sur l'intégration sensorielle rapportée dans le Chapitre Trois. Globalement, ce sont donc les données électrophysiologiques qui ont fourni les résultats les plus intéressants concernant l'intégration des stimulations auditives. a- Morphologie des réponses Les réponses électrophysiologiques obtenues au cours du sommeil paradoxal (SP) et du stade 2 (S2) en absence de complexe K (CK) sur l'eeg ont présenté une morphologie assez similaire à celle des réponses observées à l'éveil. Toutefois les composantes N1 et P2 sont apparues plus positives au cours du sommeil comparativement aux composantes de l'éveil, les réponses du SP étant les plus concernées. Ce résultat est concordant avec ce qui a été précédemment rapporté dans les études employant des tonalités (voir par exemple Campbell et coll., 1992) et dans notre 128

précédent travail avec les prénoms (Chapitre Trois, Perrin et coll., 1999, 2000). Ces modifications pourraient être, selon Campbell et coll. (1992) (voir aussi delugt et coll., 1996), la conséquence d'une diminution d'amplitude de la négativité de traitement (Nd), qui est connue pour augmenter en amplitude à l'éveil lorsque le sujet porte son attention aux stimulations (Hansen et Hillyard, 1980). Ainsi, la composante Nd, qui se superpose aux N1 et P2 à l'éveil, serait fortement diminuée au cours du sommeil (impliquant des voltage plus positifs qu'à l'éveil) et notamment en SP, signe d'une baisse de l'attention portée aux stimulations. Toutefois, nos résultats ont aussi montré que les voltages étaient plus positifs pendant le sommeil au-delà des composantes N1 et P2 : la composante de type N400 est apparue également avec des amplitudes plus positives que ce qui a été observé à l'éveil. Or, la composante Nd de l'éveil a été décrite à des latences qui n'excèdent pas le P2. Les différences d'amplitude observées entre l'éveil et le sommeil peuvent donc être interprétées comme étant le résultat de la superposition d'une onde très lente, soit à l'éveil (il s'agirait alors d'une onde négative signant l'attente du sujet) soit au cours du sommeil (il s'agirait alors d'une onde positive). Au cours du S2, en présence de CK sur l'eeg, la morphologie des réponses s'est vue complètement transformée. Deux nouvelles composantes, nommées N3 (vers 800 ms) et P4 (vers 1250 ms), de très grande amplitude (de 10 à 30 fois supérieure à ce qui est observé à l'éveil) sont apparues après les stimulations. Compte tenu de leur similitude en terme de latence d'apparition et de distribution topographique sur le scalp, ces deux potentiels sont certainement les mêmes que ceux décrits dans notre précédente étude sur les prénoms (Chapitre Trois), et par extension aux 'N550' et 'P900' observés après des tonalités (les différences de latence étant expliquées par les différences de durée des stimulations, revoir Discussion du Chapitre Trois, paragraphe IV.B.3). De plus, ces deux potentiels ont eu des amplitudes similaires en réponse aux différents types de stimulus, qui étaient délivrés de façon équiprobable et qui présentaient des caractéristiques physiques similaires, voire identiques. Ce résultat est donc concordant avec les conclusions du chapitre précédent qui stipulaient que les composantes N3-P4 étaient davantage sensibles aux caractéristiques physiques du stimulus et à sa probabilité d'apparition. Par contre, à la différence de ce qui avait été rapporté dans les études antérieures (Bastuji et García-Larrea, 1999 ; Perrin et coll., 1999, 2000), il n'a pas été possible de mettre clairement en évidence l'apparition de potentiels plus précoces 'N2-P3' ou 'N350-P450'. Toutefois, cela ne signifie pas que ces composantes étaient inexistantes dans cette étude. En s'appuyant sur l'hypothèse du chapitre précédent, selon laquelle les réponses évoquées en S2 en présence de CK sur l'eeg correspondent à deux mécanismes qui se chevauchent partiellement dans le temps, l'un précoce et de faible amplitude et l'autre plus tardif et 129

de grande amplitude, nous pouvons suggérer, en effet, que les composantes N2-P3 étaient, dans cette étude, probablement 'masquées' par les composantes N3-P4, dont les amplitudes étaient particulièrement importantes. b- Persistance de la détection d'incongruences sémantiques au cours du sommeil Des réponses électrophysiologiques différentes ont été observées à la présentation de mots congruents et incongrus au cours du SP et du S2, en l'absence de CK sur l'eeg. La différence entre ces deux types de stimulations correspond à une onde négative apparaissant autour de 490 ms et dont le maximum d'amplitude a été retrouvé en position centrale sur le scalp. En ce qui concerne les réponses du S2 obtenues en présence de CK sur l'eeg, aucune différence n'a été obtenue entre mots incongrus et congruents. Toutefois, cela n'implique pas obligatoirement que cette différence n'existe pas au cours de cet état de sommeil. En effet, si un mécanisme différentiel, similaire à ce qui a pu être observé à l'éveil et au cours des autres stades de sommeil et ne dépassant pas les 1 à 2 µv, est opérant pendant le S2 en présence de CK sur l'eeg, il est probable qu'il soit 'noyé' au milieu des composantes de fortes amplitudes caractéristiques de ce stade. Dans ces conditions, il n'est pas possible d'affirmer la présence ou l'absence d'une réponse différentielle à l'incongruence sémantique lors de l'évocation simultanée d'un complexe K. Nos résultats sont concordants avec l'étude de Brualla et coll. (1998) qui avaient également constaté l'apparition d'ondes négatives tardives plus amples après les incongruences sémantiques, en SP et au cours du S2 en l'absence de CK sur l'eeg. Toutefois, des différences, en terme de morphologie générale des réponses électrophysiologiques, de latence d'apparition de la composante de type N400 et de sa représentation topographique sur le scalp, sont apparue entre leur étude et la nôtre. Tout d'abord, au vu des résultats de l'article de Brualla et coll. (1998), il est difficile de savoir si les réponses obtenues au cours du sommeil présentaient ou non une morphologie similaire à ce qu'ils obtenaient à l'éveil. Notamment, il n'est pas possible de différencier précisément les composantes N1 et P2 pendant le sommeil. Il est donc difficile de constater s'ils ont obtenu, comme cela a été rapporté plusieurs fois dans la littérature (voir par exemple Campbell et coll., 1992), ainsi que dans notre étude, une diminution du N1 et une augmentation du P2 au cours du sommeil ; leurs figures suggérant même le contraire en SP. 130

D'autre part, alors que nos négativités de type N400 ne sont apparues, pendant le sommeil, qu'avec un retard d'apparition d'environ 100 ms par rapport à la composante N400 d'éveil, Brualla et coll. (1998) ont observé une différence de latence allant jusqu'à 280 ms. Or, en regard des études réalisées avec des sons purs (tonalités) ou avec des prénoms, les potentiels différentiels de sommeil sont apparus, comparativement à leurs homologues de l'éveil, avec des retards plutôt comparables avec ceux de notre étude. En effet, les composantes de type P300 observées au cours du sommeil après des tonalités déviantes ont été couramment observées avec des retards variant entre 20 et 140 ms selon les études, et la composante P3 que nous avons enregistrée après le propre prénom du dormeur n'est apparue qu'avec un retard situé entre 35 et 85 ms selon le stade considéré. Enfin, les auteurs n'ont pas pu fournir des indications topographiques sur le scalp de leurs composantes car leur signal EEG n'était recueilli que sur cinq électrodes. Ces données auraient pu permettre de préciser si leurs négativités de sommeil avaient des distributions d'amplitude sur le scalp proches de celle du N400 de l'éveil, ou si elles avaient présenté des caractéristiques topographiques similaires à celles des composantes spécifiques de chacun de ces stades de sommeil, à savoir le N3 (ou 'N550', élément du CK) du S2 (voir Chapitre Trois) et la négativité tardive du SP (qui pourrait être un reflet de l'activité PGO, voir Chapitre Trois ou Coté et Campbell, 1999a). Dans notre étude, en revanche, les négativités tardives de sommeil (de type 'N400') et d'éveil ('N400') ont présenté des représentations topographiques frontales sur le scalp relativement comparables. Ainsi, les résultats obtenus dans notre étude au cours du sommeil seraient mieux à même d'illustrer un phénomène cérébral partageant des mécanismes communs avec la détection d'incongruence sémantique de l'éveil. Dans cette hypothèse, la négativité de type N400 obtenue pendant le sommeil pourrait être le reflet de l'activation de réseaux neuronaux en partie commun à ceux de l'éveil, c'est-à-dire à l'origine d'un(e) 'préparation' / 'échec' sémantique, donc d'une facilitation / disfacilitation de la reconnaissance des mots. Finalement, notre étude permettrait d'apporter des arguments assez pertinents dans le débat théorique qui concerne le rôle fonctionnel du N400. L'apparition d'une composante très similaire pendant le sommeil, et dans des conditions expérimentales comparables à celles de l'éveil, suggèrent que le N400 n'est pas le reflet d'un phénomène contrôlé par le sujet, consistant par exemple à comparer le sens des mots (tel que le SM), mais plutôt le reflet d'un mécanisme automatique (tel que l'asa). 131

c- Réponses différentielles à la présentation de pseudo-mots et de mots succédant à un pseudo-mot pendant le sommeil Comparativement à l'étude de Brualla et coll. (1998), notre paradigme a permis d'analyser les réponses électrophysiologiques à deux types de discordance, autres que l'incongruence sémantique : d'une part à des pseudo-mots qui suivaient des mots, et d'autre part à des mots qui succédaient un pseudo-mot (mots 'amorces' des paires). La présentation des pseudo-mots nous a fourni des renseignements quant au traitement, par le cerveau endormi, de stimulus dénués de sens et donc discordants sémantiquement et lexicalement par rapport aux mots qui les précédaient ; la présentation de mots 'amorces' nous a permis, quant à elle, de connaître les réponses à des stimulus possédant un sens mais qui étaient inéluctablement discordants par rapport aux pseudo-mots précédents. Ces deux types de discordances nous ont donc permis : (i) d'analyser deux 'niveaux' supplémentaires du traitement des discordances au cours du sommeil, et (ii) de tester si la hiérarchie de traitement observée à l'éveil pour les trois types de discordance (N400 plus ample après un mot 'amorce' et un pseudo-mot qu'après un mot incongru) était conservée ou modifiée pendant les différentes phases du sommeil. Globalement, si les mécanismes de détection d'incongruences sémantiques sont apparus relativement similaires entre les différents états de vigilance (éveil, stade 2 et sommeil paradoxal), ceux impliqués dans le traitement des pseudo-mots et des mots 'amorces' se sont révélés être différents entre l'éveil et le sommeil, mais également entre les différents stades de sommeil. Alors que la hiérarchie de traitement des discordances existant à l'éveil a disparu en stade 2 (S2), une nouvelle hiérarchie, différente de celle de l'éveil, est apparue au cours du sommeil paradoxal (SP), avec notamment un traitement préférentiel des pseudo-mots comparativement aux autres discordances. Ces rapports sont illustrés sur la figure 29. Figure 29 : Rapports existant entre la concordance sémantique et les différents types de discordance, dans chaque état de vigilance : - à l'éveil : C>I>Pm=A -en Stade 2 (S2) : C>I=Pm=A - en Sommeil Paradoxal (SP) : C>Pm I=A 132

Au cours du S2, en l'absence de CK sur l'eeg, la hiérarchie de traitement des discordances observée à l'éveil a disparu. Alors que pseudo-mots et mots 'amorces' développaient, à l'éveil, un potentiel de type N400 d'amplitude plus grande que celui des mots incongrus, ils ont présenté, au cours du S2, une amplitude similaire à celui des mots incongrus (figure 26). Ce résultat suggère que les 'ressources' nécessaires, pendant cet état de vigilance, à la détection de ces deux types de discordance étaient comparables à celles de la recherche lexicale de mots incongrus. Par voie de conséquence, le cerveau endormi en S2 'n'engagerait' pas plus de 'ressources' que celles nécessaires à la détection d'une discordance, de quelle nature que ce soit (incongruences sémantique, lexicale, ou discordance d'un mot succédant un pseudo-mot). Contrairement au S2, des réponses différentielles ont été observées pendant le SP entre les différents types de discordance, mais avec une hiérarchie de traitement différente de celle de l'éveil. En effet, alors que les mots incongrus et 'amorces' ont développé des composantes de type N400 d'amplitudes similaires, les pseudo-mots ont présenté une amplitude intermédiaire aux stimulations sus nommées et aux mots congruents (figure 26). Ce résultat suggère donc qu'au cours du SP, un nouveau système hiérarchique de traitement de l'information 'prend place' et 'redistribue' de nouvelles priorités d'analyse. Cette nouvelle hiérarchie de traitement privilégierait celui des pseudomots comparativement aux mots sémantiquement incongrus et aux mots 'amorces'. Récemment, une étude comportementale sur l'effet 'd'amorçage sémantique' entre paire de mots liés fortement, de façon modérée ou pas du tout, a été réalisée au cours de réveils forcés (Stickgold et coll., 1999). Elle a montré des altérations des liens associatifs entre les deux mots de la paire lorsque les sujets étaient réveillés après une période de SP. En effet, alors qu'en S2 l'effet d'amorçage était plus grand lorsque les liens sémantiques entre les mots étaient forts, cet effet était, au cours du SP, plus grand lorsque les liens sémantiques devenaient faibles. Ces résultats sont donc concordants avec les nôtres puisqu'ils soutiennent l'hypothèse selon laquelle les liens associatifs entre stimulations sont modifiés en SP comparativement à l'état de veille, et que les associations 'bizarres' (moins logiques) se trouvent privilégiées. Ainsi, l'apparente déstructuration du contenu 'logique' de l'activité mentale concomitante au SP pourrait jouer en faveur du traitement de stimulations qui sont, comme les pseudo-mots, sans signification et relativement proches des onomatopées. 133

III- CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES Au-delà de la capacité à détecter une tonalité déviante parmi des sons monotones et son propre prénom parmi une liste d'autres prénoms, le cerveau endormi serait à même de déceler la présence d'incongruences sémantiques dans son environnement sensoriel. Ce résultat suggère qu'une analyse sémantique des mots, même ceux ne contenant aucune connotation émotionnelle particulière, peut être réalisée au cours du sommeil et que la congruence sémantique existant entre deux mots successifs pourrait même, comme à l'éveil, faciliter et anticiper la détection des mots. Nos résultats montrent donc que le cerveau endormi est capable de réaliser des opérations cognitives relativement élaborées, ce qui va à l'encontre de l'isolement sensoriel souvent décrit par la majorité des auteurs, notamment en sommeil lent (voir par exemple Jouvet et Delorme, 1965 ; Pompeiano, 1970 ; Steriade et coll., 1990). De plus, les réponses électrophysiologiques obtenues à une gamme différente de discordances ont permis de préciser encore plus finement l'interaction existant entre le cerveau endormi et son environnement, et cela de façon spécifique à chaque état de vigilance. Nos résultats suggèrent, en effet, que le cerveau endormi n'est pas simplement un cerveau dont les capacités d'intégration sensorielle sont diminuées de façon uniforme, mais plutôt un cerveau qui présente des caractéristiques de fonctionnement propres (revoir figure 29). Au cours du sommeil lent (stade 2), seules les ressources nécessaires à la détection 'grossière' de discordances, sans nuance entre les discordances sémantique (incongruence), lexicale (pseudo-mot après mot) et les discordances provoquées par l'apparition d'un mot après un pseudo-mot, seraient 'recrutées'. Par contre, au cours du SP, une nouvelle hiérarchie de traitement des discordances prendrait place et redistribuerait de nouvelles priorités d'analyse ; notamment les pseudo-mots pourraient bénéficier d'une analyse sensorielle privilégiée, comparativement aux mots discordants (incongrus ou succédant à un pseudo-mot). Trois axes de recherche découlent des résultats de ces études. Le premier viserait à définir de façon systématique les capacités et limites de traitement de l'information sensorielle par le cerveau endormi, aussi bien d'un point de vue sémantique (en recherchant par exemple si cette discrimination est toujours possible dans le contexte plus long des phrases), que d'un point de vue physique (en étudiant l'influence de l'intonation, de la structure harmonique, de l'accent, etc.) sur la réactivité. Le deuxième axe, que nous avons privilégié dans cette thèse, a pour objectif de définir les structures cérébrales qui sont mises en jeu au cours des phénomènes décrits dans nos deux 134

études. Surtout, l'approche anatomique pourrait nous aider à rechercher les structures cérébrales qui sont à l'origine de la détection inconsciente de la signification des stimulations qui surviennent dans son environnement, mais aussi celles qui participent à l'oubli de ces stimulations (lorsque elles ne réveillent pas le dormeur). Enfin, la troisième approche viserait, par l'analyse temps-fréquence du signal EEG de scalp, couplé à l'eeg de profondeur, à rechercher les structures cérébrales qui déchargent dans la même gamme de fréquence (notamment les oscillations à 40 Hz) au même instant, signe probable de l'existence d'un 'lien' entre ces structures. L'équipe de Llinás et Paré (1991, 1994, 1995) a été la première à rechercher l'existence d'un tel phénomène au cours du sommeil, notamment en réponse à des stimulations auditives. Ils ont pu montrer, d'une part, que la veille et le sommeil paradoxal étaient des états similaires du fait de la présence d'oscillations à 40 Hz (signal qui permettrait de 'lier' à un instant donné les informations dispersées dans le cerveau) et, d'autre part, que ces deux états différaient dans leur réponse aux stimulations externes. Alors que dans l'état de veille, le rythme à 40 Hz s'installerait après un stimulus externe, cela ne serait pas le cas au cours du sommeil paradoxal. Selon ces auteurs, il n'y aurait donc pas de 'représentation' consciente de la stimulation extérieure au cours du sommeil paradoxal, à la différence de ce qui se passe à l'éveil. Il serait donc intéressant de développer une approche comparable (i) afin de pouvoir infirmer ou confirmer l'unique étude de Llinás et Paré (ii) mais également afin de définir les régions cérébrales qui sont en interaction étroite lors de la détection de stimulations à contenu sémantique. Détection pendant le sommeil et mécanismes mnésiques implicites Enfin, un corollaire important des études menées au cours de cette thèse est la mise en exergue de la puissance d'analyse des techniques d'électrophysiologie vis-à-vis des phénomènes qui, par définition, échappent à l'approche comportementale. Les analyses des souvenirs après le réveil, au cours des différentes paradigmes utilisés, n'ont montré des signes probables d'incorporation de stimulus que chez à peine 10 % des sujets (comme dans la plupart des autres études, voir par exemple Zimmermam, 1970) alors que les marqueurs électrophysiologiques de discrimination du propre prénom ou de l'incongruence sémantique étaient présents dans pratiquement 100 % des cas. Outre la puissance d'investigation que cela démontre, ces résultats mettent en évidence des signes de traitement d'informations qui ne feront pas l'objet d'un stockage mnésique, susceptible d'être récupéré explicitement au réveil. Les données électrophysiologiques obtenues au cours du sommeil pourraient donc être à la base de certains phénomènes mnésiques implicites que l'on retrouve dans quelques expériences sur l'apprentissage pendant le sommeil (revoir Chapitre Un, paragraphe 135

II.A.2.c), c'est-à-dire des mécanismes majoritairement inconscients de détection de stimulus. Il serait donc intéressant de comparer les résultats électrophysiologiques de sommeil a des données obtenues au cours d'une condition d'éveil de détection inconsciente de stimulus. Très récemment, Brázdil et coll. (2001) ont pu mettre en évidence, grâce à des enregistrements intra-cérébraux, l'activation différentielle de structures, selon que l'information sensorielle était perçue consciemment ou inconsciemment. Parmi les régions impliquées spécifiquement dans la catégorisation consciente d'un stimulus, les auteurs ont retrouvé l'activation du cortex préfrontal bilatéral, et celle des cortex frontal droit et temporal droit. Ainsi, s'il est encore trop tôt pour affirmer que les mécanismes de détection nocturnes sont en grande partie similaires à ceux opérants à l'éveil lors d'une détection inconsciente, les changements topographiques du P3 de notre étude en SP (revoir Chapitre Trois, paragraphe IV.B.4) seraient concordants avec les résultats décrits par Brázdil et coll. (2001), dans la mesure où le P3 que nous avons observé perd ses composantes frontales et tend à devenir très postérieur et latéralisé à gauche. Finalement, nos études soulignent l'importance des mécanismes cérébraux qui tendent à empêcher l'accès à la conscience et à l'encodage mnésique d'informations pouvant être explicitées, alors qu'elles sont traitées de façon 'cognitive' au cours du sommeil. L'étude spécifique de ces mécanismes 'd'oubli à mesure' nous semble mériter des lignes de recherche à part entière, qui pourraient à leur tour nous éclairer sur des mécanismes neurobiologiques aussi importants que l'encodage mnésique à long terme et la mémoire implicite. Il serait intéressant, par exemple, de corréler le rappel explicite d'un stimulus particulier aux réponses électrophysiologiques à ce même stimulus durant la période de sommeil précédant le réveil, ce qui n'a pas été possible dans notre étude compte tenu du faible nombre de souvenirs au réveil. 136

CHAPITRE CINQ Réponses électrophysiologiques intra-cérébrales à la présentation de pseudo-mots et de mots I- INTRODUCTION Après avoir pu montrer que le dormeur était capable de détecter son propre prénom parmi d'autres prénoms et qu'il était à même de repérer le lien sémantique existant entre deux mots successifs, nous nous proposons, pour les prochaines années à venir, de localiser les structures anatomiques qui sont à l'origine de ces intégrations sensorielles hypniques. Ce nouvel objectif est de mettre en évidence les différences de fonctionnement des réseaux cérébraux impliqués dans le traitement de l'information sensorielle existant entre les états de veille et de sommeil. De plus, nous nous proposons de rechercher quels sont les mécanismes cérébraux qui sous-tendent les différences de traitements sensoriels observées après des stimulations de nature linguistique et sémantique diverses au cours du stade 2 et du sommeil paradoxal. Parmi les différentes techniques permettant l'exploration anatomique des processus cognitifs chez l'homme, les enregistrements électrophysiologiques intra-corticaux (effectués dans le cadre de l'exploration diagnostique pré-chirurgicale de foyers épileptogènes) sont une opportunité de recueillir des données physiologiques de grande précision temporelle (de l'ordre de la ms) et anatomique (entre le mm et le cm). Ce type d'approche est, de plus, complémentaire des enregistrements électrophysiologiques de surface puisqu'il peut aider à localiser les structures cérébrales à l'origine des potentiels enregistrés sur le scalp. Les résultats des enregistrements intracorticaux devraient permettre de préciser quelles sont les structures cérébrales qui participent aux mécanismes décrits dans les chapitres précédents, notamment les régions anatomiques à l'origine de la détection sémantique de mots pendant le sommeil. Toutefois, avant d'engager une exploration au cours du sommeil, il nous est apparu indispensable de rechercher d'abord, à l'éveil, quelles étaient les régions cérébrales impliquées dans les mécanismes de détection linguistique. En effet, peu 137

d'études par enregistrement intra-cérébral se sont, pour l'instant, intéressées à cet aspect du traitement auditif, la plupart s'étant focalisées sur les aspects purement acoustiques des stimulations (voir les travaux de l'équipe d'halgren et Baudena en 1986, 1990, 1994 et 1995). De plus, les résultats issus de la neuropsychologie et de la neuroimagerie fonctionnelle (TEP et IRMf) n'ont pas fourni des résultats systématiquement concordants. Même si ces travaux ont déjà permis d'esquisser les principales structures neuronales engagées dans les traitements de type acoustique, phonologique et sémantique, des résultats contradictoires apparaissent encore dans la littérature, particulièrement en ce qui concerne le traitement sémantique des stimulations (pour une revue voir Grabowsky et Damasio, 2000). C'est pourquoi, nous nous proposons, dans cette étude aux résultats encore préliminaires, d'apporter des précisions quant aux structures anatomiques engagées dans les processus de détection linguistique, mais aussi de mettre en évidence le décours temporel des régions cérébrales activées successivement par la présentation de stimulations qui ont un sens ou non. Compte tenu de la robustesse des réponses différentielles obtenues avec le protocole du propre prénom (qui évoque une composante de type 'P300'), nous nous sommes proposé d'employer des séries de prénoms similaires à celles utilisées dans l'étude de surface (revoir le Chapitre Trois). De plus, comme nous nous interrogions sur la 'valeur' sémantique du propre prénom, nous avons également utilisé des séquences de noms communs et de pseudo-mots. Nous nous proposions ainsi d'explorer les régions activées par la présentation (i) de stimulations à 'contenu' uniquement phonologique (via l'étude des réponses à des pseudo-mots), (ii) de stimulus possédant un sens inhérent (le propre prénom) et (iii) de stimulations strictement sémantique (des noms communs). Le nombre d'enregistrements réalisés pour cette étude étant encore insuffisant pour pouvoir réaliser des statistiques de groupe, nous nous limiterons dans le présent chapitre à l'inventaire des régions qui ont évoqué des potentiels robustes et à la description des réponses différentielles obtenues selon la nature du stimulus. Nous tenterons également de réaliser, pour un sujet, chez qui les réponses étaient de très bonne qualité sur l'ensemble des plots d'enregistrement, une analyse intra individuelle des réponses unitaires (c'est-à-dire des réponses EEG avant le moyennage). En effet, compte tenu de la qualité exceptionnelle des réponses obtenues après un seul stimulus en enregistrement intra-cérébral, les amplitudes des réponses unitaires devraient être directement comparables entre elles avant tout moyennage. 138

II- METHODES A- LA STEREO-ELECTROENCEPHALOGRAPHIE Au cours d'un séjour dans le service de Neurologie Fonctionnelle et d'epileptologie, les patients souffrant d'une épilepsie pharmaco-résistante et rentrant dans un protocole de traitement chirurgical sont enregistrés par des électrodes placées à la surface du scalp afin de localiser leur foyer épileptogène. Lorsque les données de cet enregistrement ne sont pas suffisantes pour bien délimiter la zone de cortectomie, un enregistrement supplémentaire en stéréoélectroencéphalographie est proposé aux patients. Celui-ci consiste à introduire des électrodes dans les structures anatomiques soupçonnées de participer aux crises épileptiques. Cette exploration stéréotaxique est précédée par une série d'investigations radiographiques, comportant une artériographie et une acquisition d'irm. Ces examens préalables permettent de localiser les régions à explorer dans l'espace intracrânien, la tête étant placée à cet effet dans un cadre stéréotaxique (afin de se référer à l'atlas de Talairach et Tournoux, 1988), et à planifier l'introduction des électrodes en évitant les vaisseaux sanguins. L'implantation des électrodes est ensuite réalisée, sous anesthésie générale. Les électrodes utilisées dans le cadre de cette étude comportaient 5, 10 ou 15 plots en acier de 2 mm, espacés les uns des autres de 1,5 mm (parfois les électrodes étaient constituées de 3 séries de 5 plots, espacées de 7 mm). Enfin, une radiographie post-opératoire permet de déterminer la position exacte des électrodes (voir exemple figure 30) et, lorsqu'elle est superposée à l'irm, de vérifier si la cible a bien été atteinte. Figure 30 : Exemple de radiographie coronale avec les électrodes intracrâniennes (dénommées par des lettres). 139

Un test de Wada a également été réalisé chez tous les patients, excepté un. Il consistait à anesthésier un hémisphère cérébral à la suite de l'autre, par l'injection d'amytal sodique respectivement dans les carotides internes droite et gauche. Ce test permet d'évaluer les fonctions du langage et les performances mnésiques du sujet. B- LES PATIENTS Quinze patients (12 femmes et 3 hommes), âgés de 15 à 47 ans (moyenne : 33,2 ± 10,2 ans) ont été enregistrés après leur consentement oral (tableau 8). Les fonctions du langage étaient, pour 13 patients sur 15, strictement latéralisées à l'hémisphère gauche (selon le test de Wada). Patient Date de l'enregistrement Age Sexe Résultat du test de Wada Implantation Origine de l'épilepsie BM (Barbara) mars 1999 27 F Gauch. strict G lobe T G SA (Séverine) avril 1999 26 F Gauch. strict D lobe T D MB (Michelle) juin 1999 48 F Gauch. strict D,g lobes T et Fr D PV (Patricia) juillet 1999 39 F Gauch. strict G,d lobe T ant G SD (Sébastien) septembre 1999 15 M Gauch. strict D lobe T D VM (Véronique) octobre 1999 35 F bilatéral G lobes T et Fr G BJ (Brigitte) janvier 2000 45 F Gauch. strict G lobe T mésial G DV (Didier) avril 2000 29 M Gauch. strict D lobes Fr et T D MG (Marjorie) septembre 2000 33 F Gauch. strict G lobe T mésial G RG (Raphaël) novembre 2000 24 M Gauch. strict D,g bi T (lésion TD) CB (Chantal) novembre 2000 39 F Gauch. strict D,g lobe Td MT (Martine) novembre 2000 42 F Gauch. strict D lobe TD BC (Blandine) février 2001 19 F Gauch. strict D intra Occ CD (Christine) février 2001 40 F pas réalisé D,g lobe TD MA (Maria) mars 2001 47 F Gauch. strict G,d lobe TG Tableau 8 : Ensemble des patients ayant participé à l'expérience. Abréviations : F = féminin ; M = masculin ; D = droite ; G = gauche ; T = temporal ; Fr = frontal ; Occ = occipital ; ant = antérieur ; pour l'implantation des électrodes, l'hémisphère en majuscule est l'hémisphère où le nombre d'électrodes était le plus important, et en minuscule l'hémisphère où il était le moins important. Au moment de l'enregistrement, les patients avaient repris leur traitement pharmacologique (essentiellement carbamazepine ou phénobarbital), ce qui minimisait la survenue des crises épileptiques. 140

C- LES STIMULATIONS Trois types de séquences de stimulations ont été créés : (i) deux séquences de 64 et 72 stimulations, contenant 8 prénoms équiprobables. L'un des prénoms était le propre prénom (S1) du sujet (ou son surnom si le prénom n'était pas dissyllabique), un autre était un prénom commençant par la même syllabe que le propre prénom (S2) et les six autres prénoms (S3-8) étaient des prénoms d'usage relativement répandu dans la langue française ('Albert', 'Hector', 'Jeanine', 'Mireille', 'Nadège', 'Simon') ; (ii) deux séquences de 56 et 64 stimulations, contenant 8 pseudo-mots équiprobables. Six de ces stimulations (S3-8) ont été créées à partir des 6 AP précédents en mélangeant la première syllabe d'un prénom avec la deuxième d'un autre ('altor', 'hecdège', 'jeabert', 'minine', 'namon', 'sireille'). Les deux autres pseudo-mots (S1 et S2) commençaient par la même première syllabe que le propre prénom du sujet enregistré, et l'un des deux constituait la stimulation cible (S1) au cours de la condition active ; (iii) deux séquences de 56 et 72 stimulations, contenant 8 noms communs équiprobables. Six de ces stimulations (S3-8) commençaient par une syllabe phonologiquement proche des 6 AP ('alarme', 'écrou', 'jambon', 'miroir', 'navet', 'siège'). Les deux autres noms communs (S1 et S2) restants commençaient par la même première syllabe que le propre prénom du sujet enregistré, et l'un des deux constituait la stimulation cible (S1) au cours de la condition active. Toutes les stimulations étaient dissyllabiques et avaient une durée de 400 à 500 ms. Elles ont été enregistrées par une même voix masculine, d'intonation égale, et numérisées dans le but de les délivrer à un maximum d'intensité de 70 db SPL (sound pressure level). Elles ont été présentées de façon équiprobable (soit 12,5 % pour chaque stimulus) et aléatoire et elles étaient espacées par un silence de 2,4 à 2,5 s (SOA : 3000 ms). D- PROCEDURE EXPERIMENTALE Préalablement à chaque session d'enregistrement, nous avons sélectionné les 30 ou 62 plots des électrodes (selon le nombre d'amplificateurs du signal EEG à disposition) que nous voulions enregistrer parmi les centaines de plots à disposition. Nous avons privilégié les structures temporales et éliminé les plots montrant des anomalies, pointes intercritiques et/ou ondes lentes. 141

Deux électrodes supplémentaires, en or, étaient fixées sur le scalp du sujet : l'une sur le nez (afin de constituer une référence commune aux plots intra-cérébraux), et l'autre proche de Fpz (correspondant à la 'terre'). Les tracés EEG ont été amplifiés 150 000 fois (système d'acquisition Synamps ), à une cadence de numérisation de 500 Hz, et filtrés en continu avec une bande passante analogique située entre 0,1 et 70 Hz. Les sujets étaient installés dans un fauteuil confortable et deux mini-écouteurs étaient insérés dans leurs conduits auditifs. Ils devaient écouter, les yeux fermés, les différentes séquences, préparées selon la phonologie de leur propre prénom. Les séquences ont été présentées dans l'ordre de présentation suivant : 1 - les sujets écoutaient d'abord les 2 séquences de pseudo-mots, en condition passive attentive (même s'ils n'avaient aucune tâche, ils devaient rester attentifs aux stimulations), puis en condition active (ils devaient compter l'un des deux pseudo-mots commençant par la même première syllabe que leur propre prénom); 2 - ils écoutaient ensuite les 2 séquences de prénoms, en condition passive attentive puis en condition active (comptage du propre prénom) ; 3 - enfin, pour les sept derniers sujets enregistrés (de MG à MA), ils devaient écouter en condition active les 2 séquences de noms communs (la cible correspondant à l'un des deux mots commençant par la même première syllabe que leur propre prénom). E- ANALYSE DES DONNEES 1- Moyennage des tracés EEG Les tracés EEG individuels ont tout d'abord été coupés en séquences de 1700 msec (200 ms avant et 1500 ms après le début de la stimulation). Puis, un ajustement de la ligne de base a été réalisé sur les 200 ms précédant le début de la stimulation (correspondant à l'état basal avant le traitement du stimulus) et une correction de la tendance linéaire a été effectuée sur chaque tracé (correspondant à un filtrage des fréquences très lentes inférieures à 0,1 Hz). Les mouvements oculaires et l'activité musculaire ne contaminant pas le signal EEG intra-cérébral, seules les séquences contenant des tracés d'amplitude très supérieure à la moyenne (100 % plus amples) ont été exclues de l'analyse. Une fois ces corrections réalisées, nous avons établi les réponses moyennes pour chaque sujet selon le type de stimulation (S1, S2 et S3-S8), le type de séquence (prénoms, pseudo- 142

mots et noms communs), la condition d'attention (active et passive) et la position du plot. Enfin, un filtrage digital de chaque moyenne individuelle a été réalisé avec une bande passante de 0,1 à 30 Hz (24 db/oct). Les données de chaque sujet n'ont été analysées qu'individuellement ; compte tenu de l'hétérogénéité individuelle des implantations d'électrodes et de celle des localisations stéréotaxiques des structures cérébrales, aucune moyenne de groupe n'a été réalisée. 2- Localisation intra-cérébrale des plots d'enregistrement Les coordonnées de chaque plot ont été mesurées en superposant la radiographie aux IRM du patient : - x étant la distance séparant le milieu du plot de la ligne médiane, - y la distance par rapport au plan vertical et passant par la commissure antérieure (VCA), et - z la distance par rapport au plan horizontal et passant par les commissures antérieure et postérieure (CA-CP). Une fois ces mesures réalisées, nous avons pu rechercher, grâce à l'atlas de Talairach et Tournoux (1988), les structures anatomiques dans lesquelles se situaient les plots d'enregistrement (voir l'exemple du patient BJ, figure 31). Pour les structures peu étendues et qui présentent des variabilités anatomiques individuelles importantes, comme le gyrus de Heschl, nous vérifions sur les IRM du patient la position exacte des plots. 3- Inventaire des réponses observées Seules les réponses des plots d'enregistrement où le signal n'était pas contaminé par des décharges épileptiques ont été analysées. Pour chaque sujet, nous avons recherché les structures dans lesquelles il était possible de mettre en évidence des réponses récurrentes et/ou différentes selon la nature du stimulus. Pour cela, nous avons comparé visuellement les réponses moyennes obtenues après une stimulation cible (S1) à celles des autres stimulations non cibles (S2 à S8). Lorsqu'une réponse différentielle 'sortait' du bruit de fond (d'amplitude au moins 2 fois supérieure à celle du bruit de fond), nous recueillions les valeurs de latence et d'amplitude des composantes au plot des structures où l'amplitude était la plus grande. Ces mesures ont été réalisées dans toutes les conditions pour la stimulation cible (S1), la stimulation non cible qui commençait par la même première syllabe (S2) et la moyenne des autres stimulations non cibles (S3-8) (voir tableau de l'annexe 5). Enfin, pour chaque composante observée, nous avons tenté de localiser la source intra- 143

cérébrale. Pour cela, nous avons recherché, en montage référentiel, les inversions de potentiels pouvant apparaître entre deux plots successifs chez un même individu, les inversions indiquant que nous étions proche de la source, ou au moins dans son plan. 4- Analyse unitaire des réponses électrophysiologiques Le nombre de sujets ayant développé, dans une même structure cérébrale, une réponse électrophysiologique similaire (en terme de latence d'apparition et de sensibilité aux stimulations) n'a pas été pour l'instant suffisant pour réaliser des statistiques de groupe. En revanche, grâce au bon rapport signal sur bruit obtenu en enregistrement intracrânien en réponse à une seule stimulation, il a été possible de réaliser des analyses individuelles. A cette fin, les réponses unitaires individuelles, c'est-à-dire les séquences d'eeg non moyennées obtenues après chaque stimulus, ont été analysées. Dans ce travail, nous rapportons les résultats statistiques obtenus pour un sujet, chez lequel, les enregistrements étant de très bonne qualité, il a été possible d'observer à plusieurs reprises des réponses différentielles (l'analyse statistique d'autres sujets fera l'objet d'un compterendu ultérieur). Le moyennage des réponses obtenues chez le sujet BJ a pu mettre en évidence des composantes différentielles de très grande amplitude selon la nature du stimulus. Comme cela est illustré figures 33 et 34, deux composantes positives, culminant autour de 450 ms (C450) et autour de 650 ms (C650), sont apparues avec une plus grande amplitude après les stimulations cibles, qu'après les stimulations non-cibles (S2 à S8), que ce soit à l'écoute des prénoms ou à celle des pseudo-mots. Figure 31 : Localisation anatomique de toutes les électrodes en coupe sagittale et de l'électrode H' en coupe coronale, du patient BJ. 144

Nous avons recueilli pour ce sujet, dans la fenêtre de latence entourant les deux positivités (entre 400 et 500 ms et entre 600 et 700 ms), l'amplitude maximale de chaque réponse unitaire dans toutes les structures anatomiques enregistrées, à savoir le noyau amygdalien, l'hippocampe, le gyrus fusiforme, le gyrus temporal moyen (avec deux positions antéro-postérieures différentes) et le gyrus temporal inférieur (avec également deux positions d'enregistrement antéro-postérieures) (figure 31). Pour chaque structure anatomique, la valeur d'amplitude des réponses unitaires, au plot où la valeur était maximale, était relevée dans les fenêtres de latence prédéfinies. Après avoir vérifié que les valeurs d'amplitude obtenues pour les différents stimulus suivaient une dynamique gaussienne, une analyse statistique a pu être réalisée. Pour chaque condition (séquences de prénoms et de pseudo-mots, en conditions active et/ou passive), les valeurs ont été soumises à une ANOVA à dessin mixte, avec un facteur 'within' (mesures répétées) et un facteur 'between'. Le facteur répété correspondait au plot d'enregistrement et avait 7 niveaux (le noyau amygdalien, l'hippocampe, le gyrus fusiforme, le gyrus temporal moyen antérieur, le gyrus temporal moyen postérieur, le gyrus temporal inférieur antérieur et le gyrus temporal inférieur postérieur). Le facteur non apparié ('between') représentait les différentes catégories du stimulus délivré et avait 3 niveaux (le propre prénom : S1, l'autre prénom débutant par la même syllabe : S2, et enfin un autre prénom phonologiquement très dissemblable du propre prénom : S4). Le fait de comparer uniquement 3 prénoms s'explique par le souci d'obtenir des conditions de signal sur bruit similaires. Cette analyse a permis de connaître quels étaient les effets de chaque facteur (avec une probabilité d'erreur inférieure à 5 %) sur les amplitudes des composantes C450 et C650, ainsi que leurs interactions éventuelles. La correction de Geisser-Greenhouse a été appliquée pour le facteur plot d'enregistrement quant elle était appropriée (si ε 1). Des tests t non appariés bilatéraux pour le facteur stimulus et des tests t appariés bilatéraux pour le facteur plot d'enregistrement ont été réalisés lorsque les résultats étaient significatifs ou lorsque les deux facteurs interagissaient. 145

III- RESULTATS A- REPONSES SURVENANT ENTRE 50 ET 250 MS Les premières réponses électrophysiologiques observables sont apparues entre 50 et 250 ms et ont été enregistrées dans et à proximité du gyrus temporal transverse (GTT, gyrus de Heschl, BA 41), du planum temporale (BA 42) et du gyrus temporal supérieur (GTS, BA 22) latéral ou postérieur au GTT. Le plus souvent, trois composantes ont été différenciées, apparaissant autour de 50-60 ms, 100-110 ms et 210-230 ms (voir exemple figure 32). Dans toutes les conditions, les amplitudes de ces composantes ne sont pas apparues dépendantes d'un stimulus plutôt que d'un autre (S1, S2, S3-8). De plus, lorsque nous comparions les stimulations non-cibles (S3-8) entre les différentes conditions (active et passive) et/ou les différentes séquences (pseudo-mots, prénoms et noms communs), aucune différence d'amplitude n'a été observée. L'analyse des réponses culminant entre 50 et 250 ms n'a pas fait l'objet d'un travail plus systématique car il ne correspondait pas à l'objectif de notre étude. Nous préférions nous concentrer, dans un premier temps, sur les réponses différentielles obtenues entre les divers stimulus. Figure 32 : Potentiels évoqués intracrâniens enregistrés chez le patient MG en réponse aux prénoms et pseudo-mots non-cibles (S3-8) en condition passive. L'électrode H' était implantée le long du sillon latéral du GTS dans l'hémisphère gauche (plot H'1 : position médiane, plot H'7 : position latérale). 146

B- REPONSES TARDIVES 1- Inventaire des réponses obtenues Les réponses électrophysiologiques décrites dans ce paragraphe n'ont jamais été observées après les pseudo-mots en condition passive. D'après le tableau de l'annexe 5, trois types de réponses tardives sont apparues avec une amplitude plus grande après les stimulations cibles (S1) des trois séquences (de pseudo-mots, de prénoms et de noms communs) et après le propre prénom (S1) dans la condition passive : (i) des réponses survenant autour de 300 ms (C300) et apparaissant seulement dans et à proximité du GTT. Les amplitudes de ces réponses étaient très souvent similaires après les stimulations cibles (S1) et après les stimulations non cibles qui commençaient par la même première syllabe (S2). Par contre les stimulations S1 et S2 ont présenté des réponses plus amples que celles des stimulations non cibles (S3-8) ; (ii) des réponses culminant autour de 400 et 500 ms (C450) et apparaissant dans un réseau plus distribué, regroupant essentiellement le noyau amygdalien (NA), l'hippocampe, le GTS, le gyrus temporal moyen (GTM, BA 21) et le gyrus temporal inférieur (GTI, BA 20). Dans toutes ces régions, les amplitudes de ces réponses étaient plus grandes après les S1 qu'après toutes les autres stimulations (S2 et S3-8) ; (iii) des réponses apparaissant entre 500 et 700 ms (C600 ou C650) dans un réseau presque similaire au précédent : le NA, l'hippocampe, le GTT, le GTM et le GTI. Dans toutes ces régions, les amplitudes étaient plus grandes après les S1 qu'après toutes les autres stimulations (S2 et S3-8). D'autres structures cérébrales, moins souvent explorées que le réseau décrit précédemment, ont développé des réponses différentielles en fonction de la nature du stimulus. Il s'agissait : - du gyrus orbito-frontal (BA 11) et du gyrus frontal inférieur (BA 45 et 47) où des réponses survenant entre 400 et 500 ms et entre 500 et 700 ms sont apparues plus amples après les S1 que les S2 et S3-8 ; - du gyrus cingulaire (antérieur, BA 32, et postérieur, BA 23) où des réponses culminant vers 400 et 500 ms ont été observées et dont les amplitudes étaient plus grandes après les S1 qu'après les S2 et S3-8 ; 147

- du gyrus parahippocampique (BA 28) qui a développé des réponses d'amplitude plus grande après les S1 que les S2 et S3-8 autour de 500-600 ms ; - du gyrus fusiforme (BA 37) où des réponses culminant entre 350 et 450 ms ont été observées et dont les amplitudes étaient plus grandes après les S1 qu'après les S2 et S3-8 ; - de l'insula avec des réponses vers 350 ms et 650 ms dont l'amplitude augmentait après les S1 par rapport aux S2 et S3-8 ; - du thalamus (pour le sujet BM chez qui 3 plots étaient situés dans le corps genouillé latéral et médian), où une composante apparaissant autour de 520 ms et dont la polarité s'inversait entre deux plots (dans le corps genouillé latéral!) est apparue plus ample après les S1 que les S2 et S3-8 mais seulement dans les conditions d'attention active. De plus, pour le sujet MA, chez qui 4 plots étaient situés dans le pulvinar, une composante négative culminant à 480 ms est apparue uniquement dans les conditions actives et jamais dans les conditions passives. Enfin, des différences ont été observées entre le GTM des deux hémisphères : des réponses électrophysiologiques observées à gauche en réponses au propre prénom au cours de la condition passive (et similaires à celles des conditions actives) n'ont pas été enregistrées à droite. 2- Localisation des sources de ces potentiels Une seule inversion de polarité (phase) a été observée entre deux plots successifs d'un même sujet (voir tableau de l'annexe 5), vers 670 ms et en montage référentiel, dans le pôle temporal supérieur (GTS). Pour une même fenêtre de latence temporelle et au sein d'une même structure, certains sujets ont parfois développé des potentiels de polarité opposée à celle des potentiels d'autres sujets. Cela a été le cas autour de 450 ms dans le noyau amygdalien (plot ventral par rapport aux autres sujets), vers 450 ms dans le GTS postérieur (plot postérieur par rapport aux autres sujets), vers 400 ms dans le GTM et vers 550 ms (position postérieure par rapport aux autres sujets), et vers 500 ms dans le GTI. 3- Réponses unitaires a- Analyse globale Les ANOVA réalisées, chez le sujet BJ, sur les amplitudes unitaires des réponses obtenues après les différents pseudo-mots pendant la condition passive (entre 400-500 ms et entre 500-700 ms) 148

n'ont montré aucun effet significatif. Par contre, les facteurs stimulus (S1, S2 et S4) et plot d'enregistrement ont eu des effets significatifs sur les amplitudes des réponses au cours des conditions d'écoute active de prénoms et de pseudo-mots et au cours de la condition passive d'écoute de prénoms, chaque structure anatomique développant des patterns de réponses propres (figures 33 et 34). Le facteur stimulus a présenté un effet significatif sur la première composante C450 au cours de la condition d'écoute active de prénoms (voir les valeurs de l'anova tableau 9), suggérant que l'amplitude était plus grande, sur tous les plots, après le propre prénom qu'après les autres prénoms commençant ou non par la même première syllabe (t18= 4,9 ; p = 0,0001 entre S1 et S2 ; t18= 6,3 ; p = 0,0001 entre S1 et S4 ; n.s. entre S2 et S4). PSEUDO-MOTS (actif) PRENOMS (actif) PRENOMS (passif) stimulus F (2) plot F (6,162) stim. x plot F (12,162) stimulus F (2) plot F (6,162) stim. x plot F (12,162) stimulus F (2) plot F (6,162) stim. x plot F (12,162) 400-500 ms F = 20,197 p = 0,0001 F = 5,109 p = 0,0023 F = 5,902 p = 0,0001 F = 20,482 p = 0,0001 F = 9,019 p = 0,0001 F = 5,726 p = 0,0014 F = 3 p = 0,0111 600-700 ms F = 20,581 p = 0,0001 F = 13,031 p = 0,0001 F = 4,71 p = 0,0017 F = 12,957 p = 0,0001 F = 5,552 p = 0,0001 F = 4,621 p = 0,003 F = 4,434 p = 0,0003 Tableau 9 : Valeurs significatives (après une correction de Geisser-Greenhouse pour le facteur 'plot') des ANOVA réalisées sur les amplitudes des composantes apparaissant entre 400 et 500 ms et entre 600 et 700 ms, pour les 2 facteurs et leurs interactions : 'stimulus' (S1, S2 et S4) et 'plot d'enregistrement' (noyau amygdalien, hippocampe, gyrus fusiforme, gyrus temporal moyen et gyrus temporal inférieur). Le facteur plot d'enregistrement a eu, quant à lui, un effet significatif sur les deux composantes positives dans toutes les conditions. Cet effet a montré que l'amplitude des deux positivités était la plus grande sur le plot du noyau amygdalien et la plus petite sur le plot du gyrus fusiforme. Les ANOVA ont montré, enfin, des interactions de facteurs sur les amplitudes des deux positivités dans toutes les conditions, exceptée sur l'amplitude de la deuxième positivité en condition d'écoute active des prénoms. Les analyses post-hoc ont permis de préciser pour chaque structure anatomique les différences d'amplitude existant entre les stimulus, comme nous allons le voir dans les paragraphes suivants (voir simultanément les figures 33 et 34). Figure 33 (page suivante) : Potentiels évoqués intracrâniens enregistrés chez le patient BJ en réponse aux prénoms et pseudo-mots cibles (S1) et non-cibles (S2 et S3-8), en conditions active et passive, dans le noyau amygdalien, l'hippocampe et le gyrus fusiforme. 149

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b- Réponses dans le noyau amygdalien le C450 a présenté une amplitude plus grande après le S1 (propre prénom ou pseudo-mot cible) qu'après les autres stimulations, qu'elles commencent ou non par la même première syllabe (S2 et S4), dans les deux conditions actives (pour les séquences de prénoms : t18= 4,9 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 6,3 ; p = 0,0001 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4 ; pour les séquences de pseudo-mots : t18= 5,1 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 3,9 ; p = 0,0011 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). le C650 était également plus ample après le S1 qu'après les autres stimulations (S2 et S4), dans toutes les conditions (pour les séquences de prénoms, condition active : t18= 3,6 ; p = 0,0019 entre S1 et S2, t18= 3,8, p = 0,0013 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4 ; pour les séquences de prénoms, condition passive : t18= 3,4 ; p = 0,0033 entre S1 et S2, t18= 3 ; p = 0,0071 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4 ; pour les séquences de pseudo-mots, condition active : t18= 4,4 ; p = 0,0003 entre S1 et S2, t18= 2,4 ; p = 0,0278 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). c- Réponses dans l'hippocampe l'amplitude du C450 était plus grande après le S1 qu'après les S2 et S4 dans les deux conditions actives (pour les séquences de prénoms : t18= 4,9 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 6,3 ; p = 0,0001 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4 ; pour les séquences de pseudo-mots : t18= 5,1 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 3,9 ; p = 0,0005 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). le C650 était plus ample après le S1 qu'après les autres stimulations (S2 et S4), seulement pour les séquences de pseudo-mots, condition active (t18= 4,5 ; p = 0,0003 entre S1 et S2, t18= 2,5 ; p = 0,0219 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). d- Réponses dans le gyrus fusiforme l'amplitude du C450 était plus grande après les S1 qu'après les S2 et S4 seulement pour la condition active des séquences de prénoms (t18= 4,9 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 6,3 ; p = 0,0001 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). Figure 34 (page suivante): Potentiels évoqués intracrâniens enregistrés chez le patient BJ en réponse aux prénoms et pseudo-mots cibles (S1) et non-cibles (S2 et S3-8), en conditions active et passive, dans les gyrus temporaux moyen et inférieur. 151

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aucune différence d'amplitude n'a été observée dans la fenêtre de latence d'apparition du C650. e- Réponses dans le gyrus temporal moyen Pour l'électrode H' : le C450 était plus ample après le S1 qu'après les autres stimulations (S2 et S4), dans toutes les conditions (pour les séquences de prénoms, condition active : t18= 4,9 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 6,3 ; p = 0,0001 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4 ; pour les séquences de prénoms, condition passive : t18= 2,1 ; p = 0,0478 entre S1 et S2, t18= 2,7 ; p = 0,0162 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4 ; pour les séquences de pseudo-mots, condition active : t18= 6,5 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 5 ; p = 0,0001 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). l'amplitude du C650 était, quant à elle, plus grande après le S1 qu'après les S2 et S4, et plus grande après le S2 que le S4, seulement pour la condition active d'écoute de pseudo-mots (t18= 6,3 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 4,2 ; p = 0,0005 entre S1 et S4, t18= -3,3 ; p = 0,0044 entre S2 et S4). Pour l'électrode G'(plus postérieure que H') : l'amplitude du C450 était plus grande après le S1 qu'après les S2 et S4 dans les deux conditions actives (pour les séquences de prénoms : t18= 4,9 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 6,3 ; p = 0,0001 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4 ; pour les séquences de pseudo-mots : t18= 2,1 ; p = 0,05 entre S1 et S2, t18= 2,7 ; p = 0,0159 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). aucune différence d'amplitude n'a été observée dans la fenêtre de latence d'apparition du C650. f- Réponses dans le gyrus temporal inférieur Pour l'électrode A' : l'amplitude du C450 était plus grande après le S1 qu'après les S2 et S4 dans les deux conditions actives (pour les séquences de prénoms : t18= 4,9 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 6,3 ; p = 0,0001 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4 ; pour les séquences de pseudo-mots : t18= 5,5 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 2,5 ; p = 0,0226 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). le C650 était plus ample après le S1 qu'après les S2 et S4 dans les séquences active et passive de prénoms (condition active : t18= 2,3 ; p = 0,0334 entre S1 et S2, t18= 3 ; p = 0,0078 entre S1 153

et S4, n.s. entre S2 et S4 ; condition passive : t18= 2,1 ; p = 0,0476 entre S1 et S2, t18= 2,5 ; p = 0,023 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). De plus, son amplitude était plus grande après le S1 qu'après les S2 et S4, et plus grande après le S2 que le S4, seulement pour la condition active d'écoute de pseudo-mots (t18= 6,9 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 3,6 ; p = 0,0021 entre S1 et S4, t18= -3,3 ; p = 0,0043 entre S2 et S4). Pour l'électrode L' (plus postérieure que A') : le C450 a présenté une amplitude plus grande après le S1 qu'après les S2 et S4, seulement pour la condition active des séquences de prénoms (t18= 4,9 ; p = 0,0001 entre S1 et S2, t18= 6,3 ; p = 0,0001 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). le C650 était également plus ample après le S1 qu'après les autres stimulations (S2 et S4), mais seulement pour la condition active des séquences de pseudo-mots (t18= 3,4 ; p = 0,0031 entre S1 et S2, t18= 3,1 ; p = 0,0068 entre S1 et S4, n.s. entre S2 et S4). En résumé, cette analyse a montré : - que l'amplitude de la composante culminant entre 400 et 500 ms était plus grande après le propre prénom qu'après les autres prénoms, commençant ou non par la même première syllabe (S2 et S4), au cours de la condition d'attention active, et cela dans toutes les structures anatomiques enregistrées (noyau amygdalien, hippocampe, gyrus fusiforme, temporaux moyen et inférieur) ; et qu'elle était plus grande après le propre prénom, au cours de la condition passive, seulement dans le gyrus temporal moyen (partie antérieure) ; - qu'une composante apparaissant dans la même fenêtre de 400-500 ms augmentait en amplitude après les pseudo-mots cibles comparativement à d'autres pseudo-mots non-cibles (S2 et S4), dans le noyau amygdalien, l'hippocampe, le gyrus temporal moyen (parties antérieure et postérieure) et le gyrus temporal inférieur (partie antérieure) ; - que l'amplitude de la composante culminant entre 600 et 700 ms était plus grande après le propre prénom qu'après les autres prénoms (S2 et S4) dans le noyau amygdalien et le gyrus temporal inférieur (partie antérieure) en conditions d'attention active et passive ; - qu'une composante apparaissant dans la même fenêtre de 600-700 ms était plus ample après des pseudo-mots cibles comparativement à d'autres pseudo-mots non-cibles (S2 et S4), dans toutes les structures enregistrées excepté le gyrus fusiforme. 154

IV- DISCUSSION Bien qu'encore préliminaires, nos résultats suggèrent l'apparition de deux groupes de composantes en réponse à l'écoute des séquences de pseudo-mots, de prénoms et de noms communs : d'une part, des composantes apparaissant entre 50 et 250 ms et non sensibles à la nature physique ou déviante du stimulus ; d'autre part, des composantes émergeant à partir de 300 ms et culminant jusqu'à 700 ms après le stimulus, dont l'amplitude varie avec la nature du stimulus et la condition d'attention. Avant d'entreprendre la discussion détaillée de chaque catégorie de réponses électrophysiologiques, il nous semble important de souligner que les conditions cliniques dans lesquelles se trouvaient les sujets enregistrés ont pu influencer les résultats. En effet, il est connu que les patients souffrant d'épilepsie présentent une diminution des performances cognitives (essentiellement mnésiques et attentionnelles) pouvant minimiser les réponses électrophysiologiques, et que certains traitements anti-épileptiques modifient les potentiels cognitifs comme le P300 : le phénobarbital augmenterait la latence du P300 ; par contre, la carbamazepine n'aurait aucune influence sur cette composante (Panagopoulos et coll., 1997 ; Chen et coll., 2001). Toutefois, ces modifications électrophysiologiques, si elles ont réellement eu lieu, ne devraient pas modifier l'interprétation de nos résultats. En effet, dans cette étude, nous nous sommes intéressé aux différences entre stimulus, et cela de façon intra-individuelle. Dès lors, les modifications qui affectent l'état global des sujets ne devraient plus se manifester par comparaison des réponses individuelles aux différents stimulus. D'autre part, l'éventuelle diminution des performances cognitives des patients épileptiques est, au pire, un état défavorable pour observer des réponses corticales dans toutes les structures. Ainsi, les réponses électrophysiologiques décrites dans ce chapitre sont d'autant plus valables qu'elles constituent une minimisation de ce que l'on pourrait obtenir chez un sujet 'sain'. A- REPONSES ELECTROPHYSIOLOGIQUES SURVENANT ENTRE 50 ET 250 MS Il a été possible de différencier trois potentiels entre 50 et 250 ms (à 60, 110 et 220 ms chez une majorité de sujets) dont l'amplitude n'est pas apparue dépendante de la nature du stimulus (mot ou pseudo-mot) ni de ses caractéristiques de déviance (stimulations cibles ou non-cibles). Ces réponses ont été exclusivement enregistrées dans et à proximité du gyrus temporal transverse 155

(GTT, gyrus de Heschl, BA 41), du planum temporale (BA 42) et du gyrus temporal supérieur (GTS, BA 22) latéral ou postérieur au GTT. Compte tenu de leur latence d'apparition, ces potentiels intracrâniens pourraient correspondre, au moins en partie, aux potentiels P1 (vers 70 ms), N1 (vers 150 ms) et P2 (vers 230 ms) que nous avions enregistrés sur le scalp après les séquences de prénoms (revoir Chapitre Trois). Des potentiels de latences similaires ont également été enregistrés au cours des études intracrâniennes employant des tonalités. Par exemple, Liégeois- Chauvel et coll. (1994) ont montré l'émergence de potentiels jusqu'à 100 ms, correspondant probablement aux P50 et N100 de scalp, dans le gyrus de Heschl et/ou le planum temporale (BA 42). Halgren et coll. (1995a) ont, quant à eux, enregistrés des composantes entre 100 et 250 ms, pouvant correspondre aux N100 et P200 du scalp, dans le plan supérieur du lobe temporal (avec sites d'inversion de polarité des composantes dans la partie supérieure de la scissure de Sylvius). Ces dernières composantes seraient, selon Halgren et coll. (1995a), sensibles aux caractéristiques de rareté des stimulus mais non à leurs propriétés physiques. De façon similaire, nous n'avons remarqué aucune modulation d'amplitude des composantes émergeant entre 50 et 250 ms après des stimulus présentés avec la même probabilité d'occurrence (donc sans caractéristique de rareté) mais variant d'un point de vue physique (pas de différence entre S1 et S2-8) et sémantique (pas de différence entre pseudo-mots et mots). Toutefois, si nos résultats présentent des concordances anatomiques et fonctionnelles avec ceux décrits pour les tonalités, ils ne nous permettent pas encore d'affirmer avec exactitude les structures impliquées dans la génération des potentiels et de proposer un rôle fonctionnel à ses composantes. D'une part, parce qu'aucune inversion de polarité de potentiels n'a encore été observée, ce qui nous empêche d'affirmer que les plots d'enregistrement se trouvaient dans le plan de la source des potentiels. D'autre part, parce que les stimulations employées dans notre étude étaient trop complexes d'un point de vue fréquentiel pour nous permettre d'étudier finement les propriétés du cortex auditif primaire dont l'organisation tonotopique a été suggérée (Romani et coll., 1982 ; Howard et coll., 1996). B- REPONSES ELECTROPHYSIOLOGIQUES DIFFERENTIELLES Trois types de réponses ont été différenciées en fonction de leur latence d'apparition et/ou de leur sensibilité au caractère phonologique ou déviant du stimulus. 156

1- Potentiels sensibles à la phonologie du stimulus Un premier type de potentiel est apparu autour de 300 ms (C300) dans et à proximité du gyrus de Heschl (GTT). Comparativement à la réponse différentielle de type P300 enregistrée sur le scalp en réponse au propre prénom et culminant vers 450-500 ms (revoir Chapitre Trois), la réponse intracrânienne est relativement précoce. Par ailleurs, la réponse C300 observée dans le GTT a présenté une sensibilité aux caractéristiques fréquentielles du stimulus. En effet, pour la majorité des sujets chez qui il a été possible d'enregistrer cette réponse, l'amplitude de la réponse C300 était plus grande après la stimulation cible (S1) qu'après les non-cibles (S3-8), mais d'amplitude comparable à celle des stimulations non-cibles commençant par la même première syllabe (S2). Cela suggère que la réponse C300 était sensible à la première syllabe des stimulations, donc probablement à leurs propriétés physiques et/ou phonologiques (phonétiques). 2- Potentiels sensibles à la déviance du stimulus a- Potentiels survenant pendant le P300 de scalp Le deuxième type de potentiels est apparu entre 400 et 500 ms (C450) dans un réseau de structures anatomiques plus étendu que celui du C300. Compte tenu de sa latence d'apparition et de sa sensibilité au caractère déviant du stimulus, il est probable que le potentiel C450 soit à l'origine du potentiel de type P300 de scalp rapporté dans le Chapitre Trois. Cette hypothèse est renforcée par le fait que les structures anatomiques où nous avons enregistré un potentiel C450 correspondent en grande partie à celles impliquées dans la génération du P300 après des tonalités déviantes. En effet, les travaux de l'équipe d'halgren et Baudena ont rapporté la contribution de structures identiques à celles où nous avons pu mettre en évidence un C450, à savoir le lobe temporal médian (amygdale, hippocampe et gyrus parahippocampique), le gyrus cingulaire antérieur et postérieur, les gyrus temporaux supérieur (GTS) et médian (GTM), et les gyrus frontal inférieur et orbito-frontal (Halgren, 1986 ; Smith et coll., 1986, 1990 ; Halgren et coll., 1994a,b, 1995a,b ; Baudena et coll., 1995). Enfin, il reste difficile de comparer nos résultats avec les études par enregistrement intra-cérébral qui ont employé également des mots comme stimulus, car les paradigmes utilisés n'étaient pas de type 'oddball', c'est-à-dire développant en scalp un P300 (Smith et coll., 1986 ; McCarthy et coll., 1995). Malgré tout, ces études ont pu mettre en évidence l'activation de structures anatomiques parfois communes à ce que nous venons de décrire, à savoir l'amygdale, l'hippocampe et les régions proches de la scissure collatérale (entre le gyrus fusiforme et le gyrus parahippocampique). 157

Si nous venons de décrire un réseau anatomique où un potentiel différentiel C450 était enregistré chez plusieurs sujets, cela ne prouve pas que ces régions cérébrales soient forcément à l'origine de ce potentiel. En effet, il est possible que ce que l'on observe dans une région donnée corresponde à la diffusion de potentiels des régions avoisinantes. Il est nécessaire d'observer également des inversions de polarité de potentiels entre les plots situés dans une même structure anatomique pour être sûr d'être proche de la source, ou tout au moins dans le plan de la source. Par exemple, il est probable que le C450 soit généré, en partie, par le noyau amygdalien car, pour deux sujets, la polarité de la composante était négative (dans la région postérieure du noyau amygdalien) alors que les autres sujets développaient un potentiel positif dans la même fenêtre de latence. Le GTS pourrait également participer à sa genèse puisqu'un sujet a évoqué un C450 de polarité opposée aux autres sujets. Enfin, un résultat intéressant, qu'il faudra confirmer par des enregistrements supplémentaires, concerne les différences hémisphériques du C450. Ces différences ont été obtenues dans le GTM, où les réponses électrophysiologiques observées à gauche après le propre prénom au cours de la condition passive n'ont pas été enregistrées à droite, alors que le C450 était observé dans les deux hémisphères en conditions actives. L'émergence du C450 au propre prénom dans la condition passive n'a pas été non plus observée dans le gyrus orbito-frontal droit, le gyrus frontal inférieur droit et le gyrus cingulaire droit, alors que des potentiels spécifiques aux stimulations cibles étaient obtenus en conditions actives. Malheureusement, aucun enregistrement n'ayant été réalisé dans les structures homologues controlatérales, il n'est pas possible d'affirmer pour l'instant si ces trois dernières régions cérébrales présentent également des différences hémisphériques ou si elles sont insensibles, aussi bien à gauche qu'à droite, aux stimulations présentées en conditions d'attention passive. De toute façon, le fait que ce potentiel puisse apparaître après un stimulus cible (après un pseudo-mot, un prénom ou un nom communs dans les conditions actives de détection) mais pas après le propre prénom en condition passive suggère déjà une spécificité d'activation du GTM gauche aux stimulus qui présentent un sens intrinsèque. Ce résultat pourrait ainsi confirmer le rôle joué par le GTM gauche dans la compréhension du langage et mis en évidence par les études lésionnelles ou d'imagerie fonctionnelle (Démonet et coll., 1992 ; Howard et coll., 1992 ; Price et coll., 1996 ; Binder et coll., 1996 ; pour une revue voir Grabowsky et Damasio, 2000). 158

b- Potentiels survenant après le P300 de scalp Le troisième type de potentiels différentiels a été observé pour des latences relativement tardives, entre 500 et 700 ms (C600), comparativement à la réponse différentielle observée en surface, entre 450 et 500 ms. Ces réponses ont été enregistrées dans un réseau de structures anatomiques relativement similaire à la réponse C450, excepté l'absence du GTS et la présence du GTT. Les enregistrements intracrâniens réalisés après des tonalités déviantes ont pu également mettre en évidence des réponses différentielles, de latence supérieure à la 'pointe' du P300 de scalp, dans l'hippocampe et le lobe supérieur pariétal (Halgren et coll., 1995a). Malgré la différence de latence entre la composante de surface et celles de profondeur, les auteurs ont suggéré que les potentiels intra-cérébraux tardifs pouvaient quand même participer à la génération du P300 de scalp. En fait, l'hippocampe et le lobe supérieur pariétal seraient à l'origine de la partie tardive de l'onde P300, c'est-à-dire à l'origine de la sous-composante P3b de scalp. Les réponses plus précoces (autour de 300 ms) décrites dans des structures anatomiques plus frontales, comme le cortex orbito-frontal ou le gyrus cingulaire antérieur, seraient alors, pour leur part, à l'origine du P3a de scalp (Halgren et coll., 1994b ; Baudena et coll., 1995 ; Brázdil et coll., 1999). Ainsi, la participation de structures anatomiques différentes à la génération des sous-composantes P3a et P3b pourrait expliquer les différences de topographie observées sur le scalp entre ces deux ondes : P3a frontal et P3b centro-pariétal (revoir Chapitre Deux, paragraphe I.D.2.c). Contrairement aux études précédentes, nos données ne permettent pas d'affirmer que certaines régions cérébrales développent une composante tardive plutôt qu'une autre. Nos résultats montrent plutôt que les deux composantes intra-cérébrales, C450 et C600, peuvent apparaître au sein d'une même structure cérébrale. Cette apparente absence de spécificité des structures cérébrales à la génération des composantes C450 et C600 n'est pas sans rappeler, d'ailleurs, la difficulté à différencier un P3a d'un P3b lors de nos enregistrements de surface (revoir tracés du Chapitre Trois, figure 16). Ainsi, la difficulté à observer deux sous-composantes au P3 lors de nos enregistrements de surface pourrait être due au fait qu'elles partagent des générateurs en partie commun, ce qui se traduirait sur le scalp par une représentation topographique homogène durant toute la durée du P3. 3- Hétérogénéité d'apparition des composantes C450 et C650 en fonction des structures anatomiques L'analyse unitaire des réponses électrophysiologiques du sujet BJ a mis en évidence la robustesse 159

d'apparition des deux composantes différentielles C450 et C650 dans le noyau amygdalien, l'hippocampe, le GTM et le GTI. Toutefois, ces quatre structures ont présenté des résultats hétérogènes selon la nature des stimulations (pseudo-mot ou mot) et la condition d'attention (active et passive). En ce qui concerne les séquences de prénoms, le C450 a été obtenu après le propre prénom dans toutes les structures anatomiques enregistrées (avec un maximum d'amplitude dans l'hippocampe), mais préférentiellement pendant la condition active, alors que le C650 n'est apparu que dans le noyau amygdalien au cours de la condition active (le C450 observé sur le plot du GTI antérieur est probablement un effet de diffusion des structures amygdaliennes). En ce qui concerne l'écoute active des séquences de pseudo-mots, des variations d'amplitudes comparables à celles de l'écoute active des prénoms ont été observées, avec toutefois des amplitudes plus petites pour le C450 et plus grandes pour le C650. Ces résultats suggèrent donc que les réponses électrophysiologiques différentielles sont dépendantes partiellement de la nature signifiante du stimulus (mot contre pseudo-mot) mais surtout de la condition d'attention, et que des modulations d'amplitude s'opéreraient dans les différentes structures cérébrales enregistrées. Toutefois, pour confirmer ces résultats, il reste nécessaire à la fois d'enregistrer de nouveaux sujets, et de réaliser d'autres analyses unitaires comme celle que nous venons de présenter. 160

V- CONCLUSION Bien qu'encore préliminaires, nos résultats ont permis de faire un premier inventaire des structures pouvant participer à la discrimination de stimulations déviantes, et présentant ou non un contenu sémantique. Même si nous n'avons pas suffisamment d'indications concernant les structures anatomiques à l'origine des composantes décrites, nous pouvons quand même proposer un réseau d'activation chronologique avec : - l'activation entre 50 et 250 ms des structures temporales dans ou à proximité du gyrus de Heschl, encore insensibles aux caractéristiques physiques du stimulus ; - puis celle du gyrus de Heschl vers 300 ms, sensible aux caractéristiques phonologiques des stimulus ; - et celle d'un réseau beaucoup plus étendu, comprenant le noyau amygdalien, l'hippocampe, les gyrus temporaux supérieur, moyen et inférieur, entre 400 et 500 ms, sensible à la déviance du stimulus et pour le gyrus temporal moyen gauche à son sens intrinsèque ; - enfin, d'un réseau presque similaire au précédent, entre 500 et 700 ms, sensible à la déviance. Cette étude, dont le nombre d'enregistrements sera augmenté par la suite, va donc nous aider à cibler les régions anatomiques à enregistrer lors de l'étude de la discrimination sémantique nocturne par enregistrement intra-cérébral, qui vient de démarrer dans notre laboratoire. De plus, la comparaison des résultats d'éveil avec ceux obtenus au cours des différents stades de sommeil va nous aider à mettre en évidence les mécanismes qui sont à l'origine des différences de fonctionnement des réseaux cérébraux existant entre les différents états de vigilance. Enfin, ces résultats pourront être comparés à ceux d'une étude réalisée en IRM fonctionnelle, qui a montré une activation bilatérale du cortex auditif, de l'amygdale gauche et du cortex préfrontal gauche à l'écoute du propre prénom pendant le stade 2 de sommeil (Portas et coll., 2000). Toutefois, les auteurs ont comparé des images d'activation obtenues après le propre prénom à celles observées après des tonalités, de caractéristiques physiques très différentes. Il est donc possible que les structures anatomiques activées au cours de cette étude ne correspondaient pas spécifiquement au traitement de la signification intrinsèque de la stimulation. C'est pourquoi il sera nécessaire de développer aussi dans le futur une étude en neuroimagerie dont le paradigme sera mieux apte à étudier spécifiquement la discrimination sémantique au cours du sommeil, c'est-àdire en éliminant autant que possible les effets dus aux caractéristiques physiques et phonologiques des stimulations. 161

CONCLUSION GENERALE Ce travail de thèse a eu pour but d'avancer dans l'étude des capacités d'intégration sensorielle de l'homme endormi. Alors qu'il est encore couramment accepté que le sommeil est un état d'isolement sensoriel engendré par une forte réduction des messages afférents des organes des sens, nos résultats suggèrent au contraire que le cerveau endormi est à même de traiter du moins jusqu'à un certain point les caractéristiques sémantiques de stimulus verbaux qu'il reçoit, et dans certains cas d'accéder à leur sens précis. Les études électrophysiologiques qui, par le passé, s'étaient intéressées à l'intégration sensorielle pendant le sommeil, avaient déjà pu montrer que le cerveau endormi pouvait détecter la survenue d'un son déviant dans son environnement. Cependant, elles n'avaient pas permis de déterminer clairement si les signes électrophysiologiques de cette détection représentaient le fait que la stimulation avait un sens particulier, intrinsèque ou appris, pour le sujet, ou bien s'il s'agissait simplement de la détection d'un changement dans les caractéristiques physiques de cette stimulation (pour une revue voir Bastuji et García-Larrea, 1999). Notre travail a permis, quant à lui, de montrer que le sujet endormi était capable de discriminer son propre prénom parmi une série d'autres prénoms (Perrin et coll., 1999, 2000) et surtout qu'il était à même de détecter la présence d'anomalies sémantiques dans un contexte d'association de mots (Perrin et coll., 2001). De plus, nos résultats ont suggéré que les mécanismes d'intégration sensorielle pendant le sommeil n'étaient pas simplement diminués de façon uniforme par rapport à la veille, mais présentaient plutôt des modifications spécifiques à chaque état de vigilance. Au cours du sommeil lent, la hiérarchie de traitement de différents types de discordances, présente à l'éveil, disparaîtrait. Par contre, pendant le sommeil paradoxal, une nouvelle hiérarchie de traitement des discordances prendrait place, avec notamment une priorité d'analyse de stimulations ressemblant aux mots et dénués de sens (c'est-à-dire des pseudo-mots). 162

Notre objectif de recherche est donc maintenant d'identifier plus précisément les mécanismes et les réseaux neuronaux mis en jeu lors des intégrations sensorielles hypniques et d'en rechercher les différences de fonctionnement avec l'état de veille. Ainsi, l'étude électrophysiologique par enregistrement intracrânien, que nous sommes en train de mener, doit nous aider à localiser des structures cérébrales impliquées dans la discrimination sémantique de stimulus à l'éveil. Ces données seront ensuite comparées à celles des enregistrements intracrâniens réalisés pendant le sommeil, que nous venons de débuter dans le laboratoire. Les résultats nous aideront à mieux définir les différences de fonctionnement des réseaux impliqués dans le traitement de l'information sensorielle, au cours des différents états de vigilance. Enfin, ces données bénéficieront certainement d'autres études réalisées en parallèle à l'aide des techniques de neuroimagerie, particulièrement l'irm fonctionnelle, qui pourront fournir des informations complémentaires en terme d'activation des structures anatomiques impliquées dans la discrimination sémantique pendant le sommeil. 163

«Sur ce dont on ne peut parler, il faut se taire» Ludwig Wittgenstein 164

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Annexe 1 : QUESTIONNAIRE 1- Raconte ce qui te passait par la tête juste avant ton réveil (rappel libre) : 2- Tu as des souvenirs, ils sont du type : 2- Tu n'as pas de souvenirs, tu penses avoir été : a) pensée a) endormi(e) b) rêve (histoire) b) réveillé(e) 3- Ces souvenirs sont : a) nets b) flous 4- Leur contenu émotionnel était : a) nul b) moyen c) intense 5- La sensation dominante de ces souvenirs était : a) somesthésique b) visuelle c) auditive d) olfactive 6- Qu'entendais-tu? (rappel libre puis questionnaire) a) des bruits? (lesquels?) b) des mots? ( " ) c) des noms? ( " ) d) des phrases? ( " ) e) une conversation? ( " ) 7- Étais-tu : a) acteur b) observateur 8- Comment évalues-tu la profondeur de ton sommeil? a) léger b) moyen c) profond 9- As tu été réveillé par le stimulations? Si oui, combien de fois? 10- Si oui, peux tu me décrire le paradigme? 177

Annexe 2 : Hypnogrammes des sujets ayant réalisé la première expérience (séquences des prénoms) : début d'une série de stimulations Ev = éveil ; S1 = somnolence ; S2 = sommeil lent léger ; S3-S4 = sommeil lent profond ; SP = sommeil paradoxal 178

Annexe 3 : Listes de la deuxième expérience (mots congruents et incongrus) Liste 1 : car bus bainde chat chien goif vide gras ruibe pleur rire jangue gros rose scrole bar frère guse souple choc jiste bide ventre vobe coup bière jache sud nord bluste beau laid drai cidre vie nuste dingue fou mouk mort pub toigue lys raide proite soeur tout rache chaise table blose bleu vert ninte rien fable ourte songe rêve fipe poivre sel pouple conte vache mube cuit cru pixte veau plein eske Liste 2 : gang bande buicre homme cercle caspe mère père seume gai triste poigue rond aigre riple gosse main pleube pour truc veuche vrai juste bicle blond faible verf noir blanc blouf gauche droite lincre chose brun bouve fort môme faipe tendre mou dron doux contre toche doigt paix chimbe pomme poire sousse blues jazz lanke guerre trou soivre feinte ruse chor jupe robe chlu creux blé crougue est ouest coinve riz femme naise Liste 3 : cuit bus arge songe chien carbe gros gras onche poivre rire tile lys rose soil soeur frère cloncle coup choc chonde pleur ventre narbe cidre bière jui chaise nord pombre bleu laid fambe mort vie peune beau fou glui bar pub mongle souple raide pifle rien tout bieute dingue table xoil bide vert noin conte fable veur sud rêve fif car sel piante veau vache jiebe chat cru rifre vide plein peve Liste 4 : est bande peve rond cercle rifre feinte père jiebe jupe triste piante doux aigre fif doigt main veur chose truc noin gai juste xoil fort faible bieute pomme blanc pifle blues droite mongle blond brun glui gosse môme peune gauche mou fambe pour contre pombre guerre paix jui tendre poire narbe vrai jazz chonde creux trou cloncle noir ruse soil gang robe tile riz blé onche mère ouest carbe homme femme arge Liste 5 : pauvre angle eske fente pied pixte pointe pic mube tante sombre pouple vous nous fipe pluie grêle ourte pif nez ninte clair chiffre blose pelle pioche rache barbe jour proite peur face toigue chaud froid mouk pile foule nuste saut bond drai tôt tard bluste sale propre jache monde poil vobe nombre joie jiste claque gifle guse nuit faille scrole coin oncle jangue trois deux ruibe jambe riche goif jeune vieux bainde Liste 6 : coin angle naise jambe pied coinve jeune pic crougue clair sombre chlu pointe nous chor saut grêle soivre tôt nez lanke nombre chiffre sousse pif pioche chimbe nuit jour toche pile face dron pelle froid faipe monde foule bouve chaud bond lincre vous tard blouf pluie propre verf barbe poil bicle peur joie veuche sale gifle pleube fente faille riple tante oncle poigue claque deux seume pauvre riche caspe trois vieux buicre Les pseudo-mots sont illustrés en 'gras', les paires de mots incongrus en 'italique' et les paires de mots congruents en 'ordinaire'. Pour la moitié des sujets, l'ordre des mots à l'intérieur de chaque paire était inversé. 179

Annexe 4 : Hypnogrammes des sujets ayant réalisé la deuxième expérience (mots congrus et incongrus) SP S4 S3 S2 S1 Ev SP S4 S3 S2 S1 Ev SP S4 S3 S2 S1 Ev SP S4 S3 S2 S1 Ev SP S4 S3 S2 S1 Ev SP S4 S3 S2 S1 Ev SP S4 S3 S2 S1 Ev SP S4 S3 S2 S1 Ev SP S4 S3 S2 S1 Ev SP S4 S3 S2 S1 Ev : séries de stimulations Ev = éveil ; S1 = somnolence ; S2 = sommeil lent léger ; S3-S4 = sommeil lent profond ; SP = sommeil paradoxal 180

Annexe 5 : Amplitudes et latences des composantes différentielles observées chez tous les sujets en réponse aux différents types de stimulus et dans chaque structure anatomique. structures hémisph. coord. y/z Prénoms (actif) Prénoms (passif) Pseudo-mots (actif) Noms Communs (actif) S1 S2 S3-8 S1 S2 S3-8 S1 S2 S3-8 S1 S2 S3-8 coord. x lat. amp amp. amp. lat. amp. amp. amp. lat. amp. amp. amp. lat. amp. amp. amp. Noyau amygdalien gauche -7/-13 22,5 PV P450 79 33-1 -3/-22 20,5 BJ P440 84 35 7 P660 151 46 28 P660 63 17 13 P660 98-1 25-2/-10 23 MA P480 48 21-20 P760 48-18 14 P620 58-16 -5 droit -8/-13 25,5 PV N460-118 -78-77 N510-189 -72 0 N470-142 -160-72 -4/-19 27,5 RG N420-43 -63 6 P750 71 21 21-3/-8 18 MA P530 65 4 13 P740 68-50 26 P740 48 5 2 P710 58-28 -3 P640 58-5 0 Hippocampe gauche -20/-7 37 PV P380 51 0 4 P350 41 9 11 P430 44 23 3-15/-12 22,5 BJ P430 97-12 -4 P550 46 2-10 P490 55-26 5 P700 51-3 8 P790 34 27 8 P720 44-11 17-18/-12 35 CD P410 19 38 19 P430 32 15 15 P400 25 44 1 P700 71 23 23 P810 46 21 16 P660 98 57 24 P520 53 10 16-15/-12 22,5 MA P480 95 67-14 P710 101 5 40 P700 53 28 4 P640 90 6 28 droit -16/-7 27 PV P390 110 108 24 P480 69 42 9 P460 94 40 21-18/-12 35 CD P670 28 5 9 P800 35 29 6 P740 55 27 9 GTT (Ba 41) gauche -22/+9 49,5 PV P300 0-110 -70 P300 14-58 -59 P300 52 32 27-27/+8 33,5 MA P390 118 105 30 P390 48 67 19 P390 91 98 33 P400 176 103 35 droit -26/+6 37 SD P300 42 35 37 P330 50 51 33 P280 34 37 24 P600 35 1 18 P580 72 30 18 P610 62 66 17-6/+7 37 CD P350 22 20-27 P320 4-8 -23 P330 30 24-22 P300 5-27 -28 P690 54 4 8 P800 20 2-5 P700 54 11 8 P740 53-7 12 GTS antérieur gauche +2/-3 52 PV P300 14-57 -51 P300 40-57 -73 P300-16 -74-61 (BA 22) droit +6/-6 50 SD P430 145 92 112 P570 180 102 95 P620 180 183 76 GTS latéral à Heschl gauche -27/+8 40,5 MA P440 180 134 30 P440 71 65 21 P400 160 161 41 P410 140 49 30 droit -24/+10 60 BC P480 51-3 14 P480 16-18 12 P520 37 53 13 P550 74 9 13-26/+6 58 SD P430 180 87 71 P420 173 114 112 P480 215 205 109-26/+7 54,5 CD P590 227 187 124 P730 188 167 94 P620 221 158 154 P580 138 156 143 181

GTS postérieur gauche -41/+21 46 MG P410 62 11 23 P570 40 1 12 P630 48 20 22 P720 27-9 7-55/+19 54,5 BJ P450 59 6-2 P570 32 11-1 P570 33-6 5 droit -38/+16 56 DV P490 151 89 73 P520 162 108 71 P550 143 151 83-42/+11 54 RG N420-65 -50-3 N420-54 -46-15 N400-70 -36-12 N510-37 -5-10 GTS - pôle (BA 38) droit +15/-22 37,5 I MB P670 73 37 11 +15/-18 41,5 DV P500 63 34 31 P600 72 19 17 P650 49 20 6 GTM (BA 21) gauche -20/-7 61,5 PV P340 67 22 14 P350 40 5 12 P380 32 38 16-18/-12 45,5 CD P400 45 72 32 P430 46 22 29 P400 65 68 18 P430 72 31 30 P710 106 63 39 P800 73 44 27 P660 144 79 40 P710 66 66 28-29/-7 55,5 VM N350-136 -84-70 N420-87 -43-31 N330-80 -46-44 -31/0 51,5 CD P400 47 55 37 P430 53 31 32 P400 68 62 21 P620 94 59 36 P800 66 32 23 P610 114 57 38 P520 62 31 36-44/+2 51 BJ P400 94 18 11 P530 55 17 4 P430 68 9 22-42/-4 56,5 PV P420 53 21 18 P550 31 13 12 P430 32 7 0 droit -24/-10 51 MB P410 74 24 7 P410 45 28-13 -16/-7 44,5 PV P370 75 31 13 P370 53 34 7 P440 38 1 10-18/-12 56 CD P380 69 48 14 P390 39 62 20 P340 70 18 0 P620 138 153 33 P670 123 27 25 P570 82 6 29-30/-5 60,5 CD N560-44 -63-13 N610-48 -60-22 N480-81 -61-25 GTI (BA20) gauche -3/-22 41,5 BJ P430 126 29 14 P560 62 12 5 P430 65-5 26 P710 115 32 31 P760 52 20 19 P640 97 9 38-9/-16 45 CD P430 27 60 29 P430 42 12 21 P400 39 58 11 P710 100 55 34 P800 66 18 28 P670 133 73 30 P530 81 35 24-53/-6 49 BJ P370 94 18 10 P540 35 13-2 P490 58-1 23 droit -29/-19 36 RG N500-48 -8 0 N630-28 -3 0 N480-50 0-1 N640-48 -17 3-11/-22 42 CD P840 62 10 9 P790 54-1 11 P720 94 16 8 Gyrus Parahippoc. gauche -42/-4 29 PV P450 54 19 16 P570 52 16 14 (BA28) droit -14/-19 19 DV P630 62 31 2 P610 44 31 13 P640 45 44 3 Gyrus Fusiforme gauche -59/+1 37,5 BJ P370 49 2 1 P470 27-8 8 (BA 37) -51/-11 41,5 MG P450 79 8 36 P560 58 55 19 P560 50 51 21 P640 62 34 19 Gyrus Orbito-Frontal droit 31/-12 16 MB P420 4 5 1 P480 45 33 8 (BA 11) N650-39 -12-1 N650-28 -15 3 41/-14 14,5 DV P460 36 13 9 P430 26 25 9 21,5 N480-81 12-16 N510-81 -58 11 N530-108 -96-20 +46/-12 19,5 MT N580-54 -4-1 N650-37 -9-1 N640-43 -8-1 Gyrus Frontal droit +33/+4 40 MB P420 27 24 12 P420 26 16 3 P390 37 26 1 Inférieur (BA47) N670-45 -27-9 N660-25 -23-8 +41/-14 28,5 DV P470 53 15 9 P380 59 31 8 P430 54 60 19 BA45 droit +37/+10 35,5 MT N590-50 -27-10 N630-37 -30-7 N630-59 -17-13 Gyrus Cing. Ant. (BA 32) droit +41/+4 7,5 DV P480 29 5 6 P490 25 3 1 Post. (BA 23) gauche -38/+28 5 PV P330 51 2 5 P380 39-3 1 P400 36-8 -5 182

Précuneus droit -58/+36 9,5 BC P420 62 28 5 P460 59 3 15 P420 70 72 2 P540 46 28 1 Insula gauche -22/+9 35,5 PV P360 51 29 9 P360 60 34 11 P360 44 25 21 droit -23/+8 36 RG P360-43 -86-53 P420-38 -58-71 P430-24 -62-43 P370-70 -81-81 +7/-6 41 MB N660-60 -19-10 N630-30 -26-21 N640-35 -3-10 +2/+10 34,5 MB N650-39 -8-1 N650-28 -24-18 Thalamus (CGL) gauche -31/+8 24,5 BM N530-114 -3 4 N510-51 -55 3 Pour chaque sujet, les coordonnées x/y/z du plot où l'amplitude était la maximale ont été relévées. Les parties grisées indiquent que le sujet n'a pas entendu les séquences de noms communs. Les parties vides (blanches) indiquent qu'aucune composante n'a pu être différenciée. amp = amplitude lat = latence I = plot où une inversion a été notée en montage référentiel S1 = propre prénom ou stimulation cible (pseudo-mot, nom commun) commençant par la même première syllabe que le propre prénom. S2 = stimulation non-cible (prénom, pseudo-mot, nom commun) commençant par la même première syllabe que le propre prénom. S3-8 = stimulation non-cible (prénom, pseudo-mot, nom commun) ne commençant pas par la même première syllabe que le propre prénom. 183

PUBLICATIONS SCIENTIFIQUES I- ARTICLES ORIGINAUX Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H (1999) A differential brain response to the subject s own name persists during sleep. Clinical Neurophysiolgy 110 (12): 2153-2164. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H (2000) Functional dissociation of the early and late portions of human K-complexes. Neuroreport 11 (8): 1637-1640. Perrin F, García-Larrea L (2001) Electrophysiologie cognitive et troubles du développement du langage chez l'enfant. ANAE 61: 18-20. Perrin F, García-Larrea L, Bastuji H (2001) Etudes électrophysiologiques des capacités et limites de discrimination sémantique du cerveau endormi. BVS-Europe sept 2001: 38-44. García-Larrea L, Perchet C, Perrin F, Amanedo E (2001) Interference of cellular phone conversations with visuomotor tasks: an ERP study. Journal of Psychophysiology 15: 14-21. Perrin F, García-Larrea L (2001) Modulation of the N400 potential during phonological / semantic interaction. soumis à Journal of Cognitive Neuroscience. García-Larrea L, Perrin F, Bastuji H (2001) Event-related potentials during forced awakening. I: study of physiological short-term sleep inertia. soumis à Clinical Neurophysiology. Bastuji H, Perrin F, García-Larrea L (2001) Event-related potentials during forced awakening. II: a tool for the study of pathological sleep inertia; study of physiological shortterm sleep inertia. soumis à Clinical Neurophysiology. Hudry J, Perrin F, Ryvlin P, Mauguière F, Royet JP (2001) Influence of epilepsy on olfactory short-term memory and related recordings in the human amygdala. soumis à Brain. II- RESUMES PUBLIES García-Larrea L, Perchet C, Perrin F, Amenedo E (1998) Interférences motrices et cognitives liées à l'utilisation de téléphones portables. Abstract Neurophysiol. Clin. 28 (4): 380-381. 184

Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H (1998) Differential response to the subject's own name persists during all-night sleep. Abstract J. Sleep Res. 7 (suppl 2): 207. Amenedo E, Perchet C, Perrin F, García-Larrea L (1998) Neurophysiological and behavioral interference caused by mobile phone conversations. Abstract International Journal of Psychophysiology 30: 263. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H (1999) Functional properties of the early and late portions of K-complexes. Abstract Sleep Research Online 2 (suppl 1): 289. García-Larrea L, Perchet C, Perrin F, Amenedo E (1999) Mobile phone conversations during simple reaction times: ERP evidence of interferences with attention and motor readiness. Abstract Clinical Neurophysiology 110 (suppl 1): S222. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H (1999) Dualité fonctionnelle au sein du complexe K évoqué? Abstract Neurophysiolol. Clin. 29 (6): 545. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H (2000) Electrophysiological study of priming effect during sleep. Abstract Clinical Neurophysiology 111 (suppl 1): S77. Bastuji H, Perrin F, Mauguière F, García-Larrea L (2000) Clinical neurophysiology in the assessment of daytime sleepiness: a new approach using the Forced Awakening Test. Abstract Clinical Neurophysiology 111 (suppl 1): S104. Bastuji H, Perrin F, Mauguière F, García-Larrea L (2000) ERP measures of stimulus detection and classification during sleep. Abstract Clinical Neurophysiology 111 (suppl 1): S4. García-Larrea L, Perrin F, Bastuji H (2000) ERPs, memory encoding and stimulus awareness. Lessons from a forced awakening test. Abstract Clinical Neurophysiology 111 (suppl 1): S152. Perrin F, Bastuji H, Mauguière F, García-Larrea L (2000) Electrophysiologic modulation of the N400 potential during phonological and/or semantic detection. Abstract Clinical Neurophysiology 111 (suppl 1): S17. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H (2000) Electrophysiological study of priming effect during sleep. Abstract J. Sleep Res. 9 (suppl 1): 151. Bastuji H, Perrin F, García-Larrea L (2000) Sleep inertia and event related potentials: the forced awakening test in patients with excessive daytime sleepiness (EDS). Abstract J. Sleep Res. 9 (suppl 1): 14. García-Larrea L, Perrin F, Bastuji H (2001) Potentiels évoqués, conscience et encodage mnésique du stimulus. Abstract Revue Neurologique 157 (suppl 3): S179. Bastuji H, Perrin F, García-Larrea L (2001) Exploration des fonctions cognitives au cours du sommeil : études au moyen des potentiels évoqués cognitifs. Abstract Revue Neurologique 157 (suppl 3): S179. 185

III- PARTICIPATIONS AUX CONGRES A- COMMUNICATIONS ORALES IVème Congrès de la Société de Neurophysiologie Clinique de Langue Française, Rouen, 28-29 mai 1998 : Interférences motrices et cognitives liées à l'utilisation de téléphones portables. García-Larrea L, Perchet C, Perrin F, Amenedo E. XIIIème Congrès de la Société Française de Recherche sur le Sommeil, Poitiers, 26-27 novembre 1998 : Dualité fonctionnelle au sein du complexe K évoqué? Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H. Assemblée Générale de l'association de Narcolepsie Cataplexie, Lyon, 27 mai 2000 : Evaluation combinée de la propension à l'endormissement et de l'inertie de sommeil. Perrin F, García-Larrea L, Bastuji H. 10th European Congress of Clinical Neurophysiology, Lyon, 26-30 août 2000 : Clinical neurophysiology in the assessment of daytime sleepiness: a new approach using the Forced Awakening Test. Bastuji H, Perrin F, Mauguière F, García-Larrea L. ERP measures of stimulus detection and classification during sleep. Bastuji H, Perrin F, Mauguière F, García-Larrea L. ERPs, memory encoding and stimulus awareness. Lessons from a forced awakening test. García-Larrea L, Perrin F, Bastuji H. Réunion scientifique : Langage oral et dysphasie du developpement, Lyon, 19 octobre 2000 : Electrophysiologie cognitive et troubles du développement du langage chez l'enfant. Perrin F, García-Larrea L. Réunion de la Société Française de Psychopsysiologie Cognitive, Bordeaux, 20-21 octobre 2000 : Capacités et limites de discrimination sémantique du cerveau endormi : études par les potentiels évoqués. Perrin F, García-Larrea L, Bastuji H. XVème Congrès de la Société Française de Recherche sur le Sommeil, Montpellier, 8-10 novembre 2000: Étude électrophysiologique de la discrimination sémantique au cours du sommeil : capacités et limites. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H. Société Française de Recherche sur le Sommeil, Journées de Neurologie de Langue Française, Lyon, 18-21 avril 2001 : Explorations des fonctions cognitives au cours du sommeil. Bastuji H, Perrin F, García- Larrea L. Potentiels évoqués, conscience et mémoire du stimulus. García-Larrea L, Perrin F, Bastuji H. B- POSTERS 14th European Congress on Sleep Research, Madrid (Espagne), 9-12 septembre 1998 : 186

A differential brain response to the subject's own name persists during sleep. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H. 9th World Congress of Psychophysiology, Taormina (Sicile), 14-19 septembre 1998: Neurophysiological and behavioral interference caused by mobile phone conversations. Amenedo E, Perchet C, Perrin F, García-Larrea L. 11th International Congress of EMG and clinical Neurophysiology, Prague (République Tchèque), 7-11 septembre 1999 : Mobile phone conversations during simple reaction times: ERP evidence of interferences with attention and motor readiness. García-Larrea L, Perchet C, Perrin F, Amenedo E. 3rd International Congress of World Federation of Sleep Research Societies, Dresde (Allemagne), 5-9 octobre 1999 : Functional properties of the early and late portions of K-complexes. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H. Réunion de la Société de Neurophysiologie Clinique de Langue française et 1ères journée du Sommeil et de la Vigilance, Grenoble, 23-26 novembre 1999 : Propriétés fonctionnelles de la partie précoce du complexe K. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H. 10th European Congress of Clinical Neurophysiology, Lyon, 26-30 août 2000 : Electrophysiological study of priming effect during sleep. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H. Electrophysiologic modulation of the N400 potential during phonological and/or semantic detection. Perrin F, Bastuji H, Mauguière F, García-Larrea L. 15th European Congress on Sleep Research, Istanbul (Turquie), 12-16 septembre 2000 : Electrophysiological study of priming effect during sleep. Perrin F, García-Larrea L, Mauguière F, Bastuji H. Sleep inertia and event related potentials: the forced awakening test in patients with excessive daytime sleepiness (EDS). Bastuji H, Perrin F, García-Larrea L. 187

ETUDES ELECTROPHYSIOLOGIQUES DE LA DISCRIMINATION SEMANTIQUE PENDANT LE SOMMEIL RESUME L'objectif de ce travail a été de rechercher, par la technique des potentiels évoqués, si, chez l'homme, une discrimination sémantique des stimulations sensorielles pouvait être réalisée pendant le sommeil. Dans une première manipulation expérimentale, nous avons obtenu des réponses corticales plus amples après le propre prénom du sujet endormi qu'après d'autres prénoms, de caractéristiques physiques comparables. Ces réponses différentielles, indiquant que le cerveau a détecté la stimulation signifiante, a été observée au cours du sommeil paradoxal (SP) et du stade 2 (S2) de sommeil. Une deuxième étude a montré l'apparition de réponses différentes à la présentation de mots sémantiquement congruents et incongrus pendant le SP et le S2. Cette étude a montré également une hiérarchie de traitement de divers types de discordances différente selon l'état de vigilance. Contrairement à l'éveil, cette hiérarchie n'existerait plus en S2, suggérant que le cerveau ne réalisait plus qu'une détection 'grossière' de discordances. Par contre, au cours du SP, une nouvelle hiérarchie prendrait place et redistribuerait de nouvelles priorités d'analyse par rapport à l'éveil ; notamment les pseudo-mots (stimulations ressemblant aux mots mais sans aucun sens) pourraient bénéficier d'une analyse sensorielle privilégiée, comparativement aux mots discordants. Une dernière expérience à été développée à l'éveil dans le but de rechercher les générateurs anatomiques des potentiels enregistrés au cours des expériences précédentes. Dans ce dernier travail, nous avons enregistré les réponses électrophysiologiques intra-cérébrales à la présentation de stimulations de nature sémantique différente (prénoms, noms communs, pseudo-mots). Les résultats ont montré qu'un réseau étendu de structures cérébrales, dont le cortex auditif primaire et les lobes temporaux médian et latéral, pouvait participer à la discrimination de stimulations présentant ou non un contenu sémantique ELECTROPHYSIOLOGICAL STUDIES OF SEMANTIC DISCRIMINATION DURING SLEEP SUMMARY The objective of this work was to explore, with event-related potentials methods, whether the sleeping brain can perform semantic discrimination. In the first experiment, we observed higher cortical responses after the subject's own name relative to other first names of comparable physical characteristics. These differential responses, which are the signs of the detection of the stimulus, were observed both during paradoxical sleep (PS) and sleep stage 2 (S2). A second study showed differential responses to the presentation of semantically congruous and incongruous words during PS and S2. This study also showed a hierarchic process of various types of discordances, which was different according to the vigilance state. Contrary to wakefulness, this hierarchy would not exist any more in S2, suggesting that only a global detection of discordances was operant. During PS, a new hierarchy would appear and redistribute new priorities of analysis compared to the waking state; in particular, pseudo-words could profit from a privileged sensory analysis, as compared to discordant words. A last experiment was developed during wakefulness, in the aim to find the anatomical generators of the potentials recorded during the preceding experiment. In this last work, we recorded the intracerebral responses to stimulations of different semantic nature (proper names, common names and pseudowords). The results show that a wide network of cerebral structures, including the primary auditory cortex and the lateral and medial temporal lobes, could take part in the discrimination of significant language stimulations. 188