R ECAPITULATIF DES AIRES ET CIRCUITS CORTICAUX DE LA MOTRICITE OCULAIRE

Les mécanismes corticaux mis en jeu dans la réalisation des MO sont très nombreux, complexes et en étroite relation. Les MO nécessitent des ajustements précis et rapides afin d’obtenir une réponse adéquate à une stimulation visuelle. D’une manière générale, le cortex frontal est très important dans l’oculomotricité (Dursun, Burke, Andrews, Mlynik-Szmid, & Reveley, 2000), de même que le cortex pariétal et les régions médiotemporales (Grosbras, Lobel, & Berthoz, 2004).

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La figure 18, issue d’un article de Charles Pierrot-Deseilligny (2004), résume les interactions entre les différentes aires et circuits corticaux de l’oculomotricité. Une synthèse des différentes fonctions de ces aires est proposée dans le tableau 7.

Tableau 7 : Structures cérébrales centrales impliquées dans le contrôle des mouvements oculaires

Zones corticales ou sous corticales Fonction Localisation Champ oculomoteur frontal (COF) Déclenchement des saccades

volontaires

Gyrus précentral Cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL) Inhibition des saccades

réflexes

Entre le sillon précentral et le sillon frontal supérieur

Mémoire spatiale à court terme

Prédiction de la réponse (saccades anticipées) Champ oculomoteur supplémentaire

(COS)

Programme moteur Sillon pré-frontal supérieur

Cortex cingulaire antérieur (CCA) Aspect motivationnel Partie antérieure du cortex, recouvre le corps calleux

Colliculus supérieur (CS) Fonction motrice Cortex pariétal postérieur (CPP) Intégration visuo-spatiale Champ oculomoteur pariétal (COP) Déclenchement des saccades

réflexives

Sulcus intrapariétal Aire latérale intrapariétale (LIP) Traitement spatial et

attentionnel

Cortex pariétal postérieur Déclenchement des saccades

Formation réticulée centrale mésencéphalique (cMRF)

Génération des saccades oculaires

Centre de la formation réticulée Formation réticulée pontique

paramédiane (PPRF)

Génération des saccades horizontales

Formation réticulée Noyau rostral interstitiel du faisceau

longitudinal médial (riMLF)

Génération des saccades verticales

Formation réticulée Cervelet Précision des saccades

Réflexe vestibulo-oculaire Poursuite lente

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Figure 18: Aires et circuits corticaux de l’oculomotricité (Reproduction avec l’autorisation de Charles Pierrot- Deseignilly, 2004). A: aires primaires de l’audition; S: aires primaires de la sensibilité; V: aires visuelles; AAS: aire attentionnelle du lobule pariétal supérieur; CPP: cortex pariétal supérieur; COP: champ oculomoteur pariétal; CPFDL: cortex préfrontal dorsolatéral; CPH: cortex parahippocampique; FH: formation hippocampique; CCA: cortex cingulaire antérieur; COC: champ cingulaire oculomoteur; AMS: aire motrice supplémentaire; COS: champ oculomoteur supplémentaire; pré-AMS: l’aire prémotrice supplémentaire; pré- COS: pré-cortex oculomoteur supplémentaire; CMP: cortex moteur primaire; COF: cortex oculomoteur frontal; sc: sillon central; sip: sillon intrapariétal; spc: sillon précentral; ss: scissure sylvienne.

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IV. Les techniques d'enregistrement des

mouvements oculaires

1 PROCEDE MECANIQUE

Les premiers « Eye-tracker » furent construits à la fin des années 1800 et la première étude portant sur les saccades date de 1879. Emile Javal (1906) étudia les mécanismes de la lecture et montra qu’elle nécessitait une succession de saccades et de fixations et non pas un glissement lent du regard. Cet auteur inventa le premier appareil à compter les saccades. Il s’agissait d’une sorte de stéthoscope posé sur la rétine et composé d’un tube en caoutchouc collé à la cornée et relié à un tambour contenant une membrane en ébonite qui avait la propriété de vibrer lors des saccades permettant ainsi de les compter. Cette découverte remit en cause toutes les théories précédentes qui affirmaient que nous procédions à une exploration de l’environnement sous la forme d’un balayage lisse afin de rechercher les informations pertinentes. Pour Javal, le cerveau procéderait à la combinaison des images visuelles reçues lors des fixations. Ces travaux ont soulevé un certain nombre de questions sur les processus de lecture qui ont été explorés au cours des années 1900, en parallèle au développement des nouvelles technologies d’eye tracking.

Edmund Burke Huey fut le premier à concevoir un appareil d’enregistrement des MO. Cet appareil, bien que très invasif, permit de montrer le premier enregistrement physique des MO lors de la lecture. Grâce à ce mécanisme, on obtint le premier enregistrement des MO qui permit de mettre en évidence les saccades (lignes blanches sur la figure 19) et les fixations (points blancs sur la figure 19) qui se produisent lors de la lecture.

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Figure 19: Premier tracé mettant en évidence les saccades (traits blancs) et les fixations (points

blancs) (Huey, 1908).

Les résultats de cette étude ont montré que la première fixation d’une ligne n’est pas souvent sur le premier mot, mais sur le deuxième voire le troisième. De même que la dernière fixation ne se retrouve pas sur le dernier mot lu. Cette étude a démontré que les processus de lecture ne nécessitaient que la fixation de 20% à 70% des mots d’une ligne et que la lecture ne correspondait pas à un simple processus de lecture mot-à-mot (Huey, 1908).

2 LE PHOTOCHRONOGRAPHE

Allen Ross Diefendorf et Raymond Dodge, en 1908, furent les premiers à étudier les MO dans les pathologies psychiatriques (Diefendorf & Dodge, 1908). Allen R. Diefendorf étudia les réactions oculomotrices dans la dépression, la manie, la démence, l’hébéphrénie, l’épilepsie et chez une population « d’imbéciles ». Il utilisa lors de la réalisation de ces expérimentations le premier appareil photographique destiné à enregistrer les MO, le photochronographe (Figure 20). Ensuite les photographies obtenues étaient visualisées en utilisant le principe du tachyscope (Figure 21) afin de visualiser les différents MO.

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Figure 20: Le photochronographe de Diefendorf Figure 21: Le Tachyscope (Rossell,

1997) et Dodge (Diefendorf & Dodge, 1908)

Les résultats de cette étude parurent dans la revue Brain en 1908 (Diefendorf & Dodge, 1908) et mirent en évidence les mouvements oculaires de base chez l’homme : les saccades – la poursuite visuelle – les mouvements compensateurs – la convergence.

Un autre principe photographique consistait à éclairer la cornée de manière indirecte et à enregistrer la réflexion de cette lumière sur une ligne verticale afin de mesurer les mouvements de l’œil.

3 PROCEDURES AVEC LENTILLE

Le premier procédé consistait à poser une lentille avec une surface plane sur l’œil entrainant la réflexion d’un faisceau lumineux et permettant ainsi de calculer sa position.

Un autre procédé plus utilisé est la magnéto-oculographie ou galvanométrique (Young & Sheena, 1975). Une lentille contenant une bobine d’induction était posée sur l’œil (Figure 22). Ensuite la personne était placée dans une cage magnétique permettant de repérer les variations de potentiels électriques induits par les mouvements de la lentille de contact (Figure 23). Cette technique est très précise temporellement et spatialement mais présente l’inconvénient d’être très contraignante et invasive.

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4 ÉLECTRO-OCULOGRAPHIE

L’électro-oculographie (EOG) se base sur le principe que les mouvements oculaires vont générer un potentiel électrique. La partie antérieure de l’œil (cornée) est chargée positivement et la partie postérieure (rétine) est chargée négativement. Les mouvements de l’œil vont entrainer des variations de potentiels électriques enregistrés par des électrodes placées autour de l’œil (Figure 24 et 25).

Cette technique possède une bonne résolution temporelle mais une faible résolution spatiale. De plus ce matériel est relativement invasif et ne permet principalement que l’enregistrement des MO horizontaux qui possèdent une plus grande amplitude de mouvement. L’EOG est fréquemment

Figure 23: Cage magnétique

(Leigh & Zee, 2006)

Figure 22: Lentille avec bobine d’induction (Leigh & Zee,

2006).

Figure 25: Placement des électrodes EOG

(Métrovision) Figure 24: Exemple de potentiel EOG en fonction de la position de l’œil (Métrovision).

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utilisée dans l’étude des rapid eye movements (REM) qui ont lieu lors du sommeil paradoxal (Fenn & Hursh, 1934).

5 PROCEDE LUMINEUX

C’est à partir de 1948 que les techniques modernes d’analyse des MO furent développées. Hartridge et Thomson (1948) développèrent le premier eye-tracker placé sur la tête (head-mounted) (Figure 26) qui fut perfectionné par la suite par Mackworth et Thomas (1962) (Figure 27).

6 L’EYE-TRACKER MODERNE