Substrats neuronaux du traitement visuel et sémantique des mots dans le vieillissement normal : apports de la MEG

Bien que l’on ait longtemps considéré que les substrats cérébraux de la mémoire sémantique (MS) demeuraient intacts au cours du vieillissement normal (VN), en raison d’une préservation de la performance des personnes âgées à des épreuves sémantiques,  plusieurs études récentes suggèrent que des modifications cérébrales sous-tendant le traitement sémantique opèrent au cours du vieillissement. Celles-ci toucheraient principalement les régions responsables des aspects exécutifs du traitement sémantique, impliqués dans les processus de recherche, de sélection et de manipulation stratégique de l’information sémantique. Cependant, les mécanismes spécifiques régissant la réorganisation cérébrale du traitement sémantique au cours du VN demeurent méconnus, notamment en raison de divergences méthodologiques entre les études. De plus, des données de la littérature suggèrent que des modifications cérébrales associées au vieillissement pourraient également avoir lieu en relation avec les aspects perceptifs visuels du traitement des mots. Puisque le processus de lecture des mots représente un processus interactif et dynamique entre les fonctions perceptuelles de bas niveau et les fonctions de plus haut niveau tel que la MS, il pourrait exister des modifications liées à l’âge au plan des interactions cérébrales entre les aspects perceptifs et sémantiques du traitement des mots. Dans son ensemble, l’objectif de la présente thèse était de caractériser les modifications cérébrales ainsi que le décours temporel du signal cérébral qui sont associés au traitement sémantique ainsi qu’au traitement perceptif des mots en lien avec le VN, ainsi que les relations et les modulations entre les processus sémantiques et perceptifs au cours du VN, en utilisant la magnétoencéphalographie (MEG) comme technique d’investigation.  Dans un premier temps (chapitre 2), les patrons d’activation cérébrale d’un groupe de participants jeunes et d’un groupe de participants âgés sains ont été comparés alors qu’ils effectuaient une tâche de jugement sémantique sur des mots en MEG, en se concentrant sur le signal autour de la N400, une composante associée au traitement sémantique. Les résultats démontrent que des modifications cérébrales liées à l’âge touchent principalement les structures impliquées dans les aspects exécutifs du traitement sémantique. Une activation plus importante du cortex préfrontal inférieur (IPC) a été observée chez les participants jeunes que chez les participants âgés, alors que ces derniers activaient davantage les régions temporo-pariétales que les jeunes adultes. Par ailleurs, le lobe temporal antérieur (ATL) gauche, considéré comme une région centrale et amodale du traitement sémantique, était également davantage activé par les participants âgés que par les jeunes adultes.  Dans un deuxième temps (chapitre 3), les patrons d’activation cérébrale d’un groupe de participants jeunes et d’un groupe de participants âgés sains ont été comparés en se concentrant sur le signal associé au traitement perceptif visuel, soit dans les 200 premières millisecondes du traitement des mots. Les résultats montrent que des modifications cérébrales liées à l’âge touchent le gyrus fusiforme mais aussi le réseau sémantique, avec une plus grande activation pour le groupe de participants âgés, malgré une absence de différence d’activation dans le cortex visuel extrastrié entre les deux groupes. Les implications théoriques des résultats de ces deux études sont ensuite discutées, et les limites et perspectives futures sont finalement adressées (chapitre 4). While it has long been assumed that the organization of the brain network underlying semantic processing remains intact in normal aging, mainly due to older adults’ intact behavioral performance on semantic tasks, several recent studies suggest that brain changes underlying semantic processing operate during aging. These changes appear to affect mainly the brain regions responsible for the executive aspects of semantic memory (SM), involved in semantic search and selection processes, as well as the strategic manipulation of semantic knowledge. However, the specific mechanisms underlying cerebral reorganization of semantic processing in normal aging are not well understood, partly because of methodological differences among studies. Recent literature also suggests that brain changes may be observed in relation to visual perceptual aspects of word processing in older adults. Since reading words is a dynamic interactive process between low-level perceptual functions and higher-order processes such as semantic processing, there may be age-related changes in terms of brain interactions between perceptual and semantic aspects of word processing. The general aim of this thesis was to characterize the cortical changes and the time course of brain signal associated with semantic and perceptual processing of words, as well as the modulations between semantic and perceptual processes in normal aging, using magnetoencephalography (MEG) as the investigative method.  Firstly (Chapter 2), the patterns of brain activation of two groups of healthy younger and older adults were compared relative to a semantic task participants carried out during MEG acquisition, by focusing on the signal around the N400, a component associated with semantic processing. The results indicate that brain changes associated with normal aging mainly affect structures involved in the executive aspects of semantic processing. Greater activation was observed in prefrontal cortex for younger relative to older adults, while the latter group of participants activated the temporoparietal region to a greater extent than young adults. Moreover, the left anterior temporal lobe (ATL), considered to be a central and amodal region of semantic processing, was also more activated by older than younger participants.   Secondly (Chapter 3), specific patterns of brain activation of younger and healthy older adults were compared in relation to visual perceptual processing, by focusing on the 200 first milliseconds of cortical signal during word processing. The results show that the age-related brain changes affect the fusiform gyrus, as well as the semantic network, with greater activation found in these regions in the group of older participants relative to younger participants, while no difference in activation of the visual extrastriate cortex was found between groups. The theoretical implications of the results of these two studies are discussed. Finally, limitations of this thesis and future perspectives are addressed (Chapter 4).

Keyphrases: vieillissement normal, langage, mémoire sémantique, magnétoencéphalographie, perception visuelle, reconnaissance de mots, normal aging, language, semantic memory, magnetoencephalography, visual perception, word recognition