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La latéralisation cérébrale

Apprenons-en plus sur les deux hémisphères de notre cerveau et l'état actuel de la recherche scientifique sur le sujet

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Comme vous le savez peut-être déjà, un cerveau humain est composé de deux parties symétriques : un hémisphère gauche et un hémisphère droit. Les études qui semblent indiquer une spécialisation de ces hémisphères sont nombreuses, et certaines ne sont pas validées et répliquées comme la méthode scientifique l'exige. Aussi, la vulgarisation scientifique regorge d'affirmations invalides, du genre :

  • les émotions sont traitées de préférence dans le cerveau droit ;
  • la créativité implique surtout le cerveau droit ;
  • le cerveau droit est plus visuel et le cerveau gauche verbal ;
  • la perception des odeurs est latéralisée à droite ;
  • etc.

Dans ce qui va suivre, nous allons parler de l'état actuel de la recherche scientifique sur le sujet.

Rappels d'anatomie cérébrale

Le système nerveux central est composé de quatre subdivisions :

  • le tronc cérébral ;
  • le cervelet ;
  • le diencéphale ;
  • le télencéphale.

Le tronc cérébral est directement connecté à la moelle épinière et prend en charge certaines fonctions basiques : certains réflexes, la régulation du rythme cardiaque, la respiration, le vomissement, le cycle veille-sommeil, etc.

Le cervelet est une sorte de mini-cerveau posé sur le tronc cérébral, qui contient autant de neurones que le reste du cerveau ! Le cervelet est composé de deux hémisphères, comme le cerveau. Il permet d'effectuer certains mouvements fins, en corrigeant de potentielles erreurs de trajectoires. Lorsqu'il est endommagé, les mouvements sont maladroits, semblables à ceux d'un homme ivre : d'ailleurs, la démarche d'un homme ivre est causée par l'action de l'alcool sur le cervelet.

Au-dessus du tronc cérébral et du cervelet, on trouve le diencéphale, qui contient notamment le thalamus, les corps mamillaires, et d'autres structures.

Le télencéphale comprend tout le reste, et est formé de deux hémisphères cérébraux, séparés par la fissure longitudinale médiane.

Fissure longitudinale médiane

Chaque hémisphère du télencéphale est composé de 6 lobes, séparés par des fissures :

  • le lobe temporal, sous la tempe ;
  • le lobe frontal, sous le front ;
  • le lobe pariétal, au sommet du crâne ;
  • le lobe occipital, à l'arrière de la tête ;
  • le lobe insulaire et le lobe limbique sont cachés sous les autres lobes.

Lobes du cerveau

Les deux hémisphères sont reliés entre eux afin d'échanger des informations ou de se concerter pour prendre une décision. Les connexions entre hémisphères sont au nombre de quatre :

  • la commissure1 antérieure ;
  • la commissure postérieure ;
  • la commissure hippocampique ;
  • le corps calleux, posé sur le lobe limbique et insulaire.

Corps calleux

Certaines formes très graves d’épilepsies se soignent en sectionnant le corps calleux, pour limiter l'étendue des crises à un hémisphère. Ces patients sont appelés des patients split brains, et ils sont très utiles pour la recherche sur la latéralisation cérébrale : en envoyant des informations à un seul hémisphère, on sait que l'autre hémisphère n'influera pas sur les résultats.


  1. Une commissure est un point de jonction de deux ou plusieurs parties. 

Fonctions motrices et sensations

On peut se demander si chaque hémisphère prend en charge la vision ou les mouvements volontaires sur le même côté du corps. En théorie, trois cas peuvent se présenter :

  • soit les sensations et mouvements sont pris en charge du même côté : on parle de latéralisation ipsi-latérale ;
  • soit ils sont pris en charge de l'autre côté : on parle de latéralisation contro-latérale ;
  • soit ils sont pris en charge par les deux hémisphères, quelque soit le côté du corps en jeu : il n'y a pas de latéralisation.

Vision

Imaginez une ligne qui sépare votre champ visuel en deux parties égales, qui passe par le centre du regard (le point de fixation). Cette ligne découpe le champ de vision en deux hémichamps : un à gauche, et un à droite. Le cerveau gauche s'occupe de l'hémichamp visuel droit, et le cerveau droit de l'hémichamp visuel gauche : la latéralisation est contro-latérale.

Hémi-champ visuel

Or, l’œil gauche perçoit une partie du champ visuel droit, et réciproquement. Pour vous en convaincre, fermez un œil, et regardez le résultat.

Champ visuel gauche

Ainsi, les deux nerfs optiques se croisent au niveau du chiasma optique et répartissent leurs axones dans les deux hémisphères.

Chiasma optique

Les autres perceptions non-tactiles

L'audition n'est pas latéralisée : les sons captés par une oreille sont interprétés par les deux côtés du cerveau. Il existe des personnes qui ne peuvent percevoir de sons, à cause de lésions au cerveau dans les aires auditives : ces lésions doivent être présentes aussi bien du côté gauche que du côté droit, les personnes n'ayant de lésions que d'un seul côté ne deviennent pas sourdes.

Pour ce qui est de l'olfaction et du goût, la latéralisation est ipsi-latérale : les capteurs de l'odorat et du goût situés sur le palais et la langue sont connectés directement au bulbe olfactif situé du même côté.

Toucher et somesthésie

À la suite de certaines lésions cérébrales, certains patients ne ressentent plus rien sur une moitié du corps : c'est une hémi-anesthésie. Les observations montrent que c'est le côté opposé du cerveau qui est endommagé. La latéralisation du toucher est donc contro-latérale.

Dans les années 1940, le chirurgien Wilder Penfield et le neurologue Herbert ont stimulé électriquement certaines portions du cortex lors d'opérations à cerveau ouvert. La stimulation du cortex pariétal cause des sensations tactiles semblables à la douleur ou au toucher : une stimulation du cerveau gauche causait des sensations la partie droite, et inversement.

Mouvements volontaires

La stimulation du cortex frontal d'un hémisphère déclenche un mouvement sur l'autre côté du corps. On pourrait penser que c'est le signe d'une latéralisation contro-latérale, mais les expériences sur les patients split-brain et les études anatomiques nous disent que ce n'est pas le cas : chaque hémisphère est connecté aux deux côtés du corps, et peut donc guider main gauche et main droite.

En réalité, l'hémisphère gauche est prioritaire sur le droit pour déplacer la main gauche, et réciproquement. Seul l'hémisphère contro-latéral peut initier un mouvement de la main, l'hémisphère ipsi-latéral ne pouvant agir que sur un mouvement déjà commencé. La seule exception à cette règle est le mouvement des yeux, où chaque hémisphère peut initier un mouvement : les deux hémisphères coopèrent pour gérer les mouvements des yeux, même chez les patients split-brain.

Au niveau du cervelet, la latéralisation est ipsi-latérale.

Coordination des deux mains

Le contrôle des mouvements demande une bonne coordination entre hémisphères. Pour les mouvements acquis avant la section du corps calleux, on n'observe pas de déficits évidents, les deux hémisphères jouant leur partition chacun de leur côté : les patients savent encore nager, manger, courir, cuisiner, jouer du piano, etc.

Bizarrement, les tâches qui demandent une bonne coordination des deux mains ne montrent pas de déficits évidents chez les patients split-brain : on a notamment un exemple de patient split-brain qui est un expert en assemblage de voitures de modélisme.

Il existe des situations où les patients split-brain ont de meilleures performances que les sujets d'un groupe contrôle (voir l'étude de Franz et de ses collègues, datée de 1996). Par exemple, si on leur demande de dessiner en même temps un dessin avec la main gauche, et un autre avec la main droite, les patients split-brain y arrivent sans difficulté. Mais attention : cela demande des dessins similaires et généralement symétriques. Cela vient du fait que les sujets contrôle essayent de synchroniser le mouvement des deux mains : le mouvement effectué par une main perturbe l'autre.

Syndrome de la main étrangère

Chez les patients split-brain, chaque hémisphère peut initier de lui-même un mouvement. Cela donne des situations où une main semble agir de sa propre volonté sans que le patient puisse la contrôler : c'est le syndrome de la main étrangère. Par exemple, un patient qui s'habille de la main gauche verra sa main droite enlever et défaire les vêtements qu'il vient d'enfiler. Ou encore, un patient qui se brosse les dents de la main droite verra sa main gauche retirer la brosse à dents et la remettre dans le pot.

Mais ces troubles disparaissent quelques semaines ou mois après une lésion du corps calleux : les autres commissures compensent progressivement la perte du corps calleux.

Droitiers et gauchers

Les études sur la plasticité du cerveau ont découvert quelque chose d'assez intéressant : plus une portion du corps est utilisée, plus la zone du cerveau dédiée sera grosse. Cela a poussé certains chercheurs à se dire que chez les droitiers, les cortex moteurs et somesthésiques gauche devraient avoir plus de neurones et de connexions neuronales (synapses) que le droit. Et inversement chez les gauchers.

Pour le moment, les études sur le sujet sont conflictuelles. Le bilan des études semble indiquer que la fissure entre lobe pariétal et lobe frontal est plus marquée à gauche chez les droitiers. De même, il y aurait plus de synapses dans le cerveau gauche des droitiers, dans les zones dédiées à la motricité ou aux sensations tactiles.

Attention et perception

Nos sensations sont intégrées pour former une représentation cohérente, qui nous permet d'appréhender le monde comme un tout. Lors de ce processus, l'attention, notre capacité à nous concentrer sur certains stimulus joue un rôle important. De même, divers processus perceptifs ont un grand rôle à jouer.

L'attention

Certaines lésions au cortex causent des déficits d'attention corporelle : un côté du corps est totalement ignoré par le patient, inaccessible à sa conscience. Ces déficits attentionnels sont aussi bien visuels que corporels, que cognitifs : on parle d'héminégligence spatiale latérale.

Ces patients ne peuvent pas prendre conscience du côté gauche des objets. Par exemple, si vous leur donnez une feuille remplie de lignes, et que vous leur demandez de toutes les barrer, ils ne vont barrer que les lignes situées sur le côté droit de la feuille. De même, si vous leur demandez de dessiner une maison, ils vont seulement dessiner le côté droit, que ce soit pour reproduire un dessin de maison que de dessiner la maison de mémoire. Certains patients ne mangent que la moitié droite de leur assiette, et oublient la gauche.

Ces patients sont aussi incapables de se rendre compte que leur corps a un côté gauche : ils ne réagissent pas quand on touche leur corps du côté gauche, ne se rasent que du côté droit. Dans certains cas, ils pensent que ce côté gauche appartient à quelqu'un d'autre : on parle de somatoparaphrénie. L'exemple le plus impressionnant est celui d'un patient qui s'était réveillé en pleine nuit et qui déplaça sa jambe hors de son lit, pensant qu'elle était à un cadavre placé dans son lit par l'équipe médicale : il tomba hors de son lit sans comprendre ce qu'il s'était passé.

Ce trouble touche aussi la mémoire. Quand les patients se remémorent des souvenirs, et qu'on leur demande de décrire ce qu'ils ont vu avant leur accident, ils ne peuvent pas se rappeler de ce qui était à leur gauche.

Fait étrange, les lésions du côté droit donnent naissance à des déficits très prononcés, contrairement aux lésions de l'hémisphère gauche. La raison est simple : l'hémisphère droit prend en charge les deux côtés du corps, tandis que l'hémisphère gauche ne prend en charge que la droite. En cas de lésion du côté droit, l'hémisphère gauche ne peut prendre en charge que le côté droit, donnant de lourds déficits du côté gauche du corps.

Perception visuelle

Dans le langage courant, il est souvent dit que le cerveau droit est visuel. Les études sur la latéralisation de la perception visuelle donnent des résultats variables. Une chose est sûre : les processus visuels simples, comme la perception du mouvement, sont gérés par les deux hémisphères.

Certains chercheurs pensent que l'hémisphère gauche traite les détails d'une scène visuelle, alors que l'hémisphère droit gère les scènes comme un tout. Mais quelques méta-analyses semblent indiquer que ce n'est pas le cas.

Le langage

À l'heure actuelle (début d'année 2015), les aires cérébrales chargées du traitement du langage sont assez mal identifiées. Mais les études actuelles fractionnent la gestion du langage en plusieurs sous-compétences linguistiques, qui sont prises en charge différemment suivant les hémisphères.

La latéralisation du langage

Les premières théories sur la latéralisation cérébrale proviennent de l'étude des aphasies : des troubles du langage causés par des lésions cérébrales. Des lésions peuvent donner des aphasies différentes selon l’hémisphère touché. Ces aphasies peuvent concerner le langage parlé, mais aussi d'autres formes de langages. Par exemple, les observations qui vont suivre ont été répliquées avec des locuteurs sourds, qui parlent en langage des signes.

Broca et Wernicke

L'histoire commence en 1861, quand le médecin Paul Broca étudia un patient assez atypique. Ce patient, Monsieur Leborgne, ne pouvait plus prononcer le moindre mot, et le seul son qu'il pouvait articuler était "tan" (ce qui lui valu d'être surnommé tan, justement). Par contre, il comprenait parfaitement ce qu'on lui disait. Cette aphasie, où la production du langage est perturbée avec une compréhension intacte, est appelée "aphasie de Broca".

L'autopsie de ce patient indiqua une lésion dans la partie gauche du cerveau, dans une aire cérébrale bien précise. Broca donna son nom à cette aire, et fit l'hypothèse que cette aire était en charge de la production du langage. De nos jours, on pense qu'une bonne partie du cortex frontal, ainsi que quelques zones situées à côté de l'aire de Broca sont nécessaires.

En 1874, Wernicke étudia un patient avec une production du langage intacte et une compréhension altérée : c'est une aphasie de Wernicke. Wernicke découvrit que ce patient avait des lésions dans le cortex temporal, dans une zone qui fût nommée l'aire de Wernicke. De nos jours, on pense que la compréhension du langage est localisée dans le cortex temporal, bien au-delà de la simple aire de Wernicke. C'est notamment dans ce cortex que sont localisées nos connaissances sur les objets et les catégories.

Dans les deux cas, les lésions étaient systématiquement localisées dans l’hémisphère gauche. Cela laisse penser que l’articulation, la grammaire, la syntaxe, et la compréhension du langage sont prises en charge par l'hémisphère gauche, sauf pour quelques patients qui sont à la latéralisation du langage ce que les gauchers sont à la préférence manuelle.

D'autres études ont étudié l'impact des lésions sur la prosodie, la gestion des émotions transmises par le ton de la voix, son timbre, etc. C'est cette prosodie qui permet de savoir si quelqu'un est en colère, triste, ou apeuré en se basant uniquement sur le son de sa voix.

Des patients qui ont des lésions au cortex frontal dans l'hémisphère droit auront une voix totalement monotone, qui ne transmet aucune émotion. On peut citer l'exemple d'un professeur américain, à qui cela posait des problèmes pour maintenir la discipline dans sa classe, ainsi qu'avec sa femme, qui prétendait que son mari ne l'aimait plus comme avant. En réalité, ce professeur ressentait parfaitement des émotions, mais ne pouvait pas moduler la voix en fonction de celles-ci.

Pour les patients qui ont des lésions dans les aires temporales/pariétales, c'est la compréhension de la prosodie qui est perturbée : ces patients ont ainsi du mal à savoir si la personne qui leur parle est énervée, contente, etc. Ils doivent se baser sur autre chose que la voix pour déterminer les émotions et sentiments de leur interlocuteur.

Patients split-brain

Les premières observations de patients split-brain, où le corps calleux est sectionné, ont été réalisées par Sperry dans les années 1960. Ces études présentaient un objet dans un hémichamp visuel : ainsi, c'est l'hémisphère contro-latéral qui reçoit l'information, et lui seul.

La toute première expérience utilisait un flash lumineux dans un hémichamp visuel. Les sujets ne prétendaient avoir vu ce flash que quand celui-ci était présenté dans l'hémichamp droit. Par contre, les patients pouvaient pointer le doigt vers la direction du flash, quel que soit l'hémisphère concerné.

D'autres expériences demandaient à un sujet de nommer un objet présenté dans un hémichamp visuel. Pour la grosse majorité des sujets, les objets doivent être présentés dans l'hémichamp visuel droit, sans quoi ils ne peuvent être nommés. Et c'est la même chose si le sujet doit toucher l'objet pour l'identifier, preuve que ce n'est pas la vision qui est en cause, ni le toucher.

En somme, c'est l'hémisphère gauche qui semble prendre en charge le langage parlé. Pour vérifier cette hypothèse, les chercheurs ont demandé aux sujets d'utiliser l'objet présenté au lieu de le nommer (par exemple, écrire ou dessiner si l'objet présenté est un stylo). Dans ces conditions, les sujets réussissent quel que soit l'hémichamp visuel de présentation. Ce n'est donc pas la reconnaissance des objets qui latéralisée, mais le langage parlé.

Mais certains sujets arrivent malgré tout à décrire l'objet de manière assez vague s'il est présenté sur l'hémisphère droit, alors qu'ils ont un hémisphère gauche dominant pour le langage : par exemple, ils diront "une chose ronde", au lieu de dire "ballon". Mais même ainsi, les tâches qui demandent de nommer un objet seront toujours nettement mieux réussies par l’hémisphère gauche. L'hémisphère droit semble cependant avoir un léger avantage pour reconnaitre des images, des pictogrammes, ou des visages.

Tachitoscope

Des expériences avec un tachistoscope, un instrument qui affiche une image sur un seul hémichamp visuel, ont confirmé les observations précédentes. Les expériences de stimulation d'un côté du cerveau, celles utilisées pour déterminer de quel côté sont gérées les sensations tactiles et la motricité, ont été une confirmation supplémentaire.

Test de Wada

Un dernier test expérimental de la latéralisation du langage est le test de Wada. Celui-ci consiste à injecter un anesthésiant (du sodium amytal) dans une artère qui n’irrigue qu'un seul hémisphère. Évidemment, ce test est risqué et sert à préparer des interventions chirurgicales lourdes, où l'on doit enlever un bout de cerveau (une tumeur, par exemple).

Dans une étude de 1977, Brenda Milner utilisa ce test pour quantifier la corrélation entre latéralisation cérébrale du langage et préférence manuelle (droitier/gaucher). Les deux sont corrélés, même si beaucoup de gauchers ont un cerveau gauche pour le langage. Les résultats précis de l'étude sont :

  • 98% des droitiers et 70% des gauchers ont une latéralisation à gauche pour le langage ;
  • 2% des droitiers et 30% des gauchers ont une latéralisation à droite.

Les interprétations actuelles

Il est maintenant certain que l'hémisphère gauche est capable d'effectuer des traitements grammaticaux et syntaxiques, alors que l'hémisphère droit gère la prosodie. Les deux hémisphères peuvent mémoriser des mots et concepts, mais l'hémisphère gauche a un avantage particulièrement net dans ce cas de figure.

Mise en place de la latéralisation

On peut se demander comment cette latéralisation se développe. Il existe des patients nés sans corps calleux, qui ont appris à parler. Un exemple est celui du patient Kim Peek un autiste de haut niveau, capable de certaines formes de prouesses intellectuelles à la suite d'un accident vasculaire cérébral à la naissance. Chez ce patient, le langage parlé s'est développé dans les deux hémisphères.

D'autres études ont observé le fonctionnement du cerveau de personnes bilingues. Les résultats sont controversés, mais il semblerait que la latéralisation hémisphérique se mette en place progressivement : on utilise les deux hémisphères pour les langages que l'on maitrise mal, et uniquement l’hémisphère gauche pour le langage maternel ou des langages maitrisés.


Pour résumer, le cerveau gauche est celui de la production et compréhension du langage : grammaire, lexique mental, syntaxe, articulation, etc. Le cerveau droit est celui de la reconnaissance visuelle d'objets, de pictogrammes, d'images ou de visages. Il gère la prosodie et les aspects émotionnels du langage.

7 commentaires

A la suite de certaines lésions cérébrales, certains patients ne ressentent plus rien sur une moitié du corps : c'est une hémi-anesthésie. Les observations montrent que c'est le côté opposé du cerveau qui est endommagé. La latéralisation du toucher est donc contro-latérale.

plus haut dans le tuto

Je pensais que justement l'hémisphère droit était très lié aux membres de gauche, mais que pour la tête c'était différent. Le visage/expressions faciales : je pensais que c'était l'hémisphère droit pour la partie droite. Du au fait que les nerfs du visage ne passe pas par la moelle épinière ?

Pourrais-tu m'éclaircir ?

Merci pour ce tutoriel !

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Je pensais que justement l'hémisphère droit était très lié aux membres de gauche, mais que pour la tête c'était différent. Le visage/expressions faciales : je pensais que c'était l'hémisphère droit pour la partie droite. Du au fait que les nerfs du visage ne passe pas par la moelle épinière ?

Blackline

La motricité du visage ne passe par vraiment par la moelle épinière, mais par des nerfs crâniens qui se connectent directement au cerveau. Sauf que ces nerfs se connectent dans des zones du cerveau situées sous les hémisphères (dans le tronc cérébral). Et de mémoire, la latéralisation des mouvements du visage n'est pas vraiment latéralisée : certains noyaux du tronc cérébral s'occupent de la mastication ou de quelques expressions faciles, par exemple.

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