Potentiels évoqués cognitifs et autisme

Article de J. GRAPPERON, M.D., Hôpital Sainte-Anne, Toulon

1. Définition

L'électricité que l'on peut enregistrer sur le crâne et qui provient du cerveau (l'électroencéphalogramme) est modifiée lorsque surviennent des stimulations sensorielles. Avec des techniques adaptées, il est possible de recueillir ces modifications que l'on appelle potentiels évoqués. Il s'agit d'une succession d'ondes dont la latence d'apparition mesure le temps que met une stimulation sensorielle pour être captée par un récepteur et le délai de sa transmission jusqu'au cerveau. L'amplitude de la réponse dépend du nombre de neurones activés par la stimulation. Les premiers générateurs activés au niveau du cortex cérébral sont dans la zone de projection spécifique à la modalité sensorielle utilisée, et en face de laquelle est posée l'électrode d'enregistrement (région occipitale pour la vision, temporale pour l'audition et pariétale pour le tact). D'autres zones du cerveau sont ultérieurement activées, qui dépendent du type de traitement que subit la stimulation.

On distingue, à ce titre, deux types de composantes dans les potentiels évoqués. Les composantes exogènes correspondent à la partie obligatoire du traitement que doit subir toute stimulation. Elles dépendent surtout de ses caractères physiques : intensité, fréquence..., et sont les premières à apparaître. Ce sont elles qui sont habituellement mesurées dans les laboratoires d'exploration fonctionnelle neurologique. À leur suite, existent des composantes endogènes qui dépendent de l'attitude du sujet vis à vis de la stimulation, et notamment de l'attention qu'il y porte. Elles apparaissent surtout après un délai de 100 millisecondes suivant la stimulation. Ainsi, pour une stimulation sonore que le sujet n'écoute pas, on peut enregistrer des ondes exogènes apparaissant entre 10 et 50 millisecondes au niveau du cortex temporal. Si, par contre, le sujet doit, par exemple, compter des sons d'une certaine fréquence, qui alternent avec des sons d'une autre fréquence, il apparaîtra pour les premiers une onde positive, environ après 300 millisecondes après la stimulation (dite P3), et beaucoup moins localisée dans le cerveau. Les ondes endogènes principales sont appelées N1, N2 et P3. Elles surviennent avec certaines variations, quelle que soit la modalité sensorielle utilisée et le traitement que leur fait subir le sujet.

2. Principes d'interprétation

Ces ondes endogènes sont appelées potentiels évoqués cognitifs, car elles sont la manifestation électrique de phénomènes élémentaires traduisant le travail de reconnaissance qu'accomplit le cerveau pour certaines stimulations. Pour la psychologie, une stimulation est d'abord perçue puis identifiée et reconnue. Telle lumière rouge est, par exemple, celle d'un feu de croisement qui est celui de telle rue. Il y a donc dans le système nerveux un encodage progressif des stimulations dont les composantes endogènes seraient le reflet. L'étape de reconnaissance qui nécessite la mise en jeu d'un contexte mnésique est très liée à l'apparition de l'onde P3. Or, cette onde fait intervenir, dans son élaboration, le système limbique du cerveau qui est très impliqué dans la mémoire.

Les altérations qui sont rencontrées sur les composantes exogènes (diminution d'amplitude ou allongement de latence) sont plutôt attribuées à des lésions anatomiques des voies nerveuses ou des générateurs qui en sont à l'origine. Des facteurs techniques peuvent faire varier les réponses (nature des stimulations, mode d'enregistrement...) et font que les intervalles de normalité sont souvent propres au laboratoire qui les a établies. Des facteurs de variation physiologique interviennent également qui participent aux différences existant entre les sujets. L'âge est particulièrement à prendre en considération dans une pathologie du développement car ces composantes sont sensibles à la maturation du système nerveux et, à un moindre degré, à son vieillissement. L'utilisation de médicaments psychotropes ou l'état de vigilance influencent également les réponses, d'autant plus que l'on s'intéresse à des composantes tardives qui apparaissent après que de nombreux synapses aient été franchis.

Les modifications qui sont observées sur les composantes endogènes ne sont pas forcément liées à des atteintes structurales, mais peuvent traduire des différences de mise en jeu de certains circuits de nature fonctionnelle. Ces différences sont parfois assez subtiles à mettre en évidence. Une difficulté peut provenir des potentiels évoqués de la technique elle-même qui impose de recueillir des tensions électriques très faibles (quelques microvolts) et demande à être utilisée sur des sujets calmes. Une autre difficulté peut être de faire la part entre les deux types de composantes, exogènes et endogènes, qui peuvent se recouvrir partiellement comme au niveau de l'onde N1. Une solution est de faire la différence des courbes entre une condition où le sujet est passif et une condition où il est actif, dans la mesure où le protocole expérimental le permet. Enfin, les mesures faites sur les différentes ondes tombent souvent dans l'intervalle de normalité. Pour montrer que ces mesures sont différentes entre les sujets malades et les sujets sains, il faut considérer les moyennes obtenues sur des groupes de sujets. Le nombre de sujets nécessaire sera d'autant plus important que l'effet est faible et que la variabilité d'un sujet à l'autre sera élevée. Une douzaine de sujets est habituellement suffisant, mais alors, l'effet mesuré ne caractérise plus un individu mais un groupe censé être caractérisé par sa pathologie. Pour tirer cette conclusion, seule la pathologie doit différencier les groupes, qui doivent alors être appariés et les facteurs à prendre en considération sont principalement l'âge, le QI sous ses différents aspects, le niveau de développement, la latéralisation...

Dans la mesure où les potentiels évoqués sont le reflet, dans le temps, du traitement cérébral que subit une stimulation, on peut utiliser deux méthodes pour exploiter les courbes. On peut guetter le moment à partir duquel les courbes des malades et les courbes des sujets témoins divergent. On sait alors qu'à partir de ce moment les choses ne se passent plus de la même façon au niveau cérébral. L'interprétation dépend alors du type de protocole, qui serait censé mettre en jeu des fonctions spécialisées (fonctions frontales, mnésiques...). Mais le plus souvent, on examine les modifications des différentes composantes, car des significations fonctionnelles y sont attachées. On peut ainsi simplifier en disant que l'onde N1 dépend en partie de l'attention qu'attribue un sujet à un canal sensoriel, que l'onde N2 traduit l'identification des caractères physiques d'une stimulation et que l'onde P3 traduit sa reconnaissance par rapport à une stimulation cible mémorisée. On s'affranchit ainsi de la nature du protocole qui ne devient important que par sa sensibilité à mettre en évidence les différences entre groupes.

3. Exemples de résultats dans l'autisme

Pour les composantes exogènes, il a été montré que les ondes très précoces, issues des voies auditives du tronc cérébral, ne présentaient pas d'anomalies (Klin, 1993). Par contre, les ondes suivantes, dont l'onde N1 générée par le cortex auditif, ont été trouvées d'amplitude réduite (Klein, 1995). Deux études intéressantes apportent des précisions sur ces constatations. L'une montre qu'en augmentant l'intensité de la stimulation, l'amplitude de la réponse n'augmente pas comme normalement (Lincoln et Coll., 1995). Cette absence de modulation pourrait être liée à une déficience d'innervation sérotoninergique. L'autre, par analyse de correspondance, fait une combinaison des différentes variables mesurées (amplitude, latence et topographie) d'où sont extraits deux facteurs (Roux et Coll., 1997). L'un est en relation avec les troubles intellectuels, les troubles du langage et de la communication, l'autre est plus spécifique du comportement autistique.

Une composante endogène non dépendante de l'attention, la négativité de non concordance (Mismatch Negativity), dont les générateurs sont dans le cortex auditif secondaire, a été également trouvée modifiée (Kemner et Coll., 1995).

La principale onde des potentiels évoqués cognitifs, l'onde P3, s'est montrée plusieurs fois diminuée d'amplitude chez les sujets autistes. Si ce fait semble reproductible dans la modalité auditive, des divergences existent pour la modalité visuelle. Ainsi, Courchesne et coll. ne trouvent pas de modifications (Courchesne et Coll., 1988), alors que Strandburg et coll. trouvent une augmentation d'amplitude (Strandburg et Coll., 1993). Mais ces derniers auteurs examinent des adultes jeunes au QI de 94, alors que les premiers s'adressent à des adolescents au QI inférieur à 80. De plus, dans les expériences où aucune différence n'apparaissait, le test était très simple : reconnaître un changement de lumière, alors que l'augmentation d'amplitude fut trouvée pour un test plus demandant (le Test de Performance Continue où on demande de reconnaître, dans une présentation successive de lettres, si une lettre est identique à la précédente). Les sujets ayant donc plus de possibilités attentionnelles les mettraient en oeuvre de façon excessive pour compenser une déficience cognitive devant un test relativement difficile. Cela rejoint une explication donnée par Cielsieski et Coll. pour expliquer le maintien des performances pour des tests simples (Cielsieski et Coll., 1995). Ils pensent que le système attentionnel des autistes pourrait fonctionner sur un mode différent, plus archaïque, de type automatique. Il permettrait de faire une sélection de stimulations en n'utilisant qu'un attribut physique par exemple. Ce système ne serait plus adapté pour des demandes attentionnelles élevées, comme dans les épreuves d'attention partagée où les performances sont diminuées ainsi que l'amplitude de l'onde P3. Bien que la diminution d'amplitude de l'onde P3 soit une donnée rencontrée aussi pour la schizophrénie, on peut noter que des différences existent avec cette pathologie. Ainsi, dans le Test de Performance Continue, alors que la performance est maintenue dans l'autisme, elle est dégradée dans la schizophrénie. Les schizophrènes ne pourraient donc pas faire fonctionner le système attentionnel rudimentaire des autistes.

Une autre onde des potentiels évoqués cognitifs a également été étudiée chez les sujets autistes, dont l'intérêt est évident lorsque l'on considère que les troubles du langage et de la communication sont prépondérants dans cette affection. Il s'agit de l'onde N400, qui apparaît à la présentation d'un mot lorsque celui-ci ne s'accorde pas avec son contexte (défini par les mots antérieurement présentés). Cette onde semble rendre compte du travail mental effectué pour associer les deux et a été trouvée diminuée dans l'autisme (Verbaten et Coll., 1991). Un protocole a été mis au point par Strandburg et Coll. pour tenter de préciser cette notion (Strandburg et Coll., 1993). Ils ont demandé à leurs sujets de décider si deux mots présentés successivement avaient un sens ou non. Trois catégories ont été définies : des expressions idiomatiques (ex.: cercle vicieux), des expressions signifiantes (ex.: chien vicieux), ou des non-sens (ex.: vent carré). Ils ont constaté que les temps de réaction augmentaient dans ce sens pour les trois catégories chez les sujets contrôles, alors qu'ils étaient comparables chez les autistes (au même niveau que les non-sens des contrôles). L'amplitude des ondes N400 suivait cette progression chez les contrôles comme chez les autistes, mais restait inférieure chez ces derniers. Il se pourrait donc que la perte de temps dans l'identification des idiomes ne soit pas liée à un travail de reconnaissance métaphorique, mais qu'elle pourrait être due à la recherche en mémoire d'une utilisation de l'expression, ce qui serait une activité sans conséquence sur la N400. Le même protocole mis en oeuvre chez des schizophrènes a montré des résultats différents avec des N400 plus amples que chez les contrôles pour les expressions idiomatiques et signifiantes, et identiques pour les non-sens (Strandburg et Coll., 1997). Il y a donc là une démonstration que les troubles du traitement de l'information verbale sont différents dans les deux affections.

4. Conclusions

Qu'apporte la technique des potentiels évoqués cognitifs dans l'autisme ? Elle ne permet pas de diagnostiquer l'affection. Les protocoles actuels manquent de sensibilité pour mettre en évidence une anomalie au niveau individuel. Ils n'ont pas permis non plus d'isoler une modification qui soit spécifique de la maladie. Ne font-ils que tenter d'approcher le fonctionnement cérébral sous un abord plus technologique avec des concepts moins clairs que ceux qu'utilisent les méthodes psychologiques plus classiques ? Ils semblent apporter des éléments supplémentaires intéressants permettant l'analyse des symptômes. Il peut en découler des applications cliniques. Ainsi un ralentissement psychomoteur, qui s'accompagne d'un retard de la P3, a de fortes chances d'avoir une origine organique (démence débutante par exemple), alors que sa normalité est en faveur d'un trouble fonctionnel (comme un état dépressif). Outre la possibilité d'analyse de fonctions mentales élémentaires, l'intérêt scientifique des potentiels évoqués cognitifs réside dans leur possibilité d'établir une liaison avec des structures nerveuses. Ils constituent avec les techniques modernes d'imagerie (caméra d'émission de positrons, imagerie par résonance magnétique fonctionnelle...) les moyens actuels d'investigations physiologiques des fonctions cognitives chez l'homme. Ils sont complémentaires de ces dernières techniques qui permettent assez bien de localiser les structures nerveuses intervenant lors d'un test, mais qui n'en décrivent pas l'activation dans le temps, ce que peuvent faire les techniques électrophysiologiques. Des techniques rendant compte du fonctionnement biochimique serait l'apport indispensable permettant d'envisager des applications pharmacologiques. Cependant, des questions demeurent, qui ne permettent pas de prédire l'utilisation pratique prochaine. Elles portent sur les relations entre les phénomènes électriques observés et la cause de la maladie, entre les troubles cognitifs élémentaires et les symptômes réels et entre ces troubles et les facteurs affectifs. Les réponses ne sont peut-être pas évidentes si l'on pense qu'une personnalité ne se réduit pas à une somme de neurones.

Références

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Courchesne, E.; Lincoln, A. J.; Kilman, B. A.; Galambos, R. - Avent-related brain potential correlates of the processing of novel visual and auditory information in autism, J. Autism Dev. Disord., 1988, 18:493-504

Kemner, C.; Verbaten, M. N.; Camfferman, G.; VanEngeland, H. - Auditory event-related brain potentials in autistic children and three different control groups - Biol Psychiatry, 1995, 3:150- 165

Klein, S. K.; Brattson, A.; et Coll. - Electrophysiologic manifestations of impaired temporal lobe auditory processing - in verbal auditory agnosia, Brain Lang, 1995, 51:383-405

Klin, A. - Auditory brain stem response in autism; brain stem dysfunction or peripheral hearing loss ? - J. Autism Dev. Disord., 1993, 23:15-35

Lincoln, A. J.; Courchesne, E.; Harms, L.; Allen, M. - Sensory modulation of auditory stimuli in children with autism and receptive developmental langage disorder : event-related brain potentials evidence. - J. Autism Dev. Disord., 1995, 25:521-539

Roux, S.; Bruneau, N.; Garreau, B.; Guerin, P.; Adrien, J. L.; Dansart, P.; Gomot, M.; Barthelemy, C. - Bioclinical profiles of autism and other developmental disorders using a multivariate statistical approach., Biol. Psychiatry, 1997, 42:1148-1156

Strandburg, R.; Marsh, J. T.; Brown, W. S.; Asarnow, R. F.; Guthrie, D.; Higa, J. - Event-related potentials in high- functioning adults autistics : linguistic and non linguistic visual information processing tasks, Neuropsychologia, 1993, 31:413-434

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Strik, W. K. - Are low P300 amplitudes a marker for schizophrenia, Neuropsychobiology, 1996, 33:168

Verbaten, M. N.; Roelofs, J. W.; VanEngeland, H.; Kanemans, J. K.; Slangen, J. L. - Abnormal visual event-related potentials in autistic children, J. Autism dev. Disord., 1991, 21:449-470.

Autres textes

Outils diagnostic

DSM-IV et définition de l'autisme
CIM-10-CA page 256 (document en pdf pour consultation seulement)

Outils diagnostic complémentaires

La neuro-imagerie, outil de diagnostic pour l'autisme
Potentiels évoqués cognitifs et autisme