Résumé et synthèse de l’article de Jung et Haier, publié dans Behavioral and brain sciences, 2007, 30, 135-187 (disponible en pdf au bas de cet article).

Avertissement : Je ne suis ni spécialiste en imagerie, ni en intelligence, ni en neurologie. De façon parfaitement subjective, malgré l’énorme quantité de travail réalisée par ces spécialistes de la question, je trouve que cette revue aurait gagné à avoir un plan mieux organisé pour permettre une lecture plus fluide. Mes commentaires sont en italique encadré. Les vôtres sont bienvenus.

1 Introduction

« Ou est localisée l’intelligence dans le cerveau ? » Cette question a conduit à plusieurs études concernant les relations particulières entre le cerveau et le comportement. Deux écoles de pensée ont émergé, concernant la localisation au sein du cerveau des fonctions cognitives supérieures, incluant l’intelligence : l’une présupposant que le cerveau travaille comme une entité unique, l’autre faisant l’hypothèse que des régions corticales distinctes sous-jacentes aux fonctions cognitives supérieures s’articulent  entre elles. Ces points de vue discordants suggèrent tous les deux  des interactions entre les régions corticales différentes, mais finalement réunies pour accomplir une tâche commune. Cette approche se développe sur des études plus anciennes de la taille du cerveau qui ont permis d’observer une relation modeste mais statistiquement robuste, entre une taille plus importante du cerveau et une intelligence élevée (Jensen 1998). La plus grande partie de cette revue est dédiée à affiner cette observation générale en identifiant les différentes zones du cerveau reliées aux différences de mesure de l’intelligence et du raisonnement.

2 Les cerveaux les plus gros sont plus intelligents : comparaisons entre espèces, et au cours du temps.

Bien que suggérée depuis Darwin et confirmée par une (faible) corrélation retrouvée sur une meta-analyse de 37 études de neuro-imagerie, la relation entre le QI et la taille du cerveau n’est pas absolue. En effet, d’une part, l’homme n’a pas le cerveau le plus gros, et d’autre part, la taille du cerveau de grands primates moins intelligents est équivalente à celle de l’homme. Les différences importantes relèvent plutôt du nombre de neurones du cortex (corticaux), de la vitesse de conduction élevée du signal, et de certaines différences biochimiques. La substance blanche [axones myélinisés] fait l’objet d’attentions particulières car au sein des lobes frontaux et temporaux, elle est plus épaisse chez l’homme, permettant peut-être la connexion fronto-postérieure. La microstructure de la substance blanche et l’épaisseur du cortex sont également l’objet de différences bien plus complexes que la taille seule, entre des êtres (hommes, primates, cétacés) partageant des capacités cognitives similaires.

3 Définitions et perspectives des revues précédentes

L’étude de l’intelligence fait appel à la définition de celle-ci, à ses modes de mesure et aux moyens d’étude à notre disposition. Au delà des définitions variées, celle du panel d’experts de l’American Psychological Association est très séduisante : « Les individus diffèrent de l’un à l’autre par leurs capacités à comprendre des idées complexes, à  s’adapter de façon efficace à leur environnement, à apprendre de l’expérience, à engager diverses formes de raisonnement, et à franchir des obstacles grâce à leur réflexion. ». Le facteur g (pour général) de l’intelligence (qui est différent de l’intelligence générale) est un concept qui sous-tendrait une source commune corrélée aux résultats obtenus à tous les tests des fonctions cognitives. Bien que quelques études de neuro-imagerie aient tenté d’évaluer g, la plupart ont utilisé des indices  d’intelligence uniques ou composites. Si la construction de l’existence de g est liée à des corrélations entre les résultats aux tests, la somme des scores aux différents tests ne peut être une mesure optimale de g. Les scores de QI qui y font appel ainsi qu’à un mélange de capacités et de compétences, ne font qu’approximer g.

La plupart des revues précédentes ont traité des liens entre biologie et intelligence et  raisonnement de différentes perspectives. Chacune associe des régions  précises du cerveau à l’intelligence, améliorant ainsi notre compréhension de l’endroit ou l’intelligence réside. L’objectif est ici d’articuler les points communs entre les études de neuro-imagerie utilisant des mesures diverses de l’intelligence et des techniques permettant une bonne localisation structurale.

4 – Le modèle proposé : un réseau pariéto-frontal particulier sous-tend l’intelligence

Les auteurs ont proposé à partir  de leurs études et de celles de la littérature un modèle susceptible d’expliquer le fonctionnement de l’intelligence.

Nous proposons un modèle (théorie de l’intégration pariéto-frontale de l’intelligence) élucidant l’interaction entre les régions corticales pariétales et frontales reliées par la substance blanche, qui sous-tend les différences individuelles humaines concernant les facultés de raisonnement. Nous arrivons à ce modèle en nous basant sur 37 études de neuro-imagerie sur l’intelligence et guidés par la revue de Cabeza & Nyberg (2000) résumant les liens fonctionnels entre activité cérébrale, lobes cérébraux et aires de Brodmann (BA). Nous posons tout d’abord l’idée que les informations sont rassemblées et traitées par des moyens visuels et auditifs préférentiellement. Les régions temporales et occipitales sont critiques pour le traitement précoce de l’information. Ces processus basiques sont ensuite transmis au cortex pariétal où le symbolisme structural, l’abstraction et l’élaboration émergent. Nous proposons ensuite qu’existe une interaction entre cortex pariétal et cortex frontal, ayant pour but d’envisager les différentes solutions à un problème et d’opérer une sélection. Une fois que la meilleure solution est disponible, le cortex cingulaire antérieur contraint la sélection de la réponse et inhibe les réponses concurrentes. Nous proposons également que ce processus dépend de la substance blanche nécessaire à la transmission rapide et fidèle des données de la région postérieure à la région frontale.

5 – Etudes des corrélations entre les données de l’imagerie et les tests d’intelligence

 

Les tests d’intelligence utilisés ne sont pas les mêmes d’une étude à l’autre. J’ai l’impression qu’ils explorent des domaines cognitifs différents.Lorsque l’on cherche à savoir si deux valeurs sont corrélées (par exemple, est-ce que la taille d’un cerveau est proportionnelle au QI de son propriétaire), il existe des tests statistiques pour le déterminer. Il y a d’abord un test pour savoir si oui, ou non il y a corrélation statistique. Le Ensuite, il faut savoir si la corrélation est forte ou pas (explications très très savantes ici, et bien plus accessibles ici). L’existence d’une corrélation, aussi bonne soit elle, n’est jamais la preuve d’une relation de cause à effet. Par exemple, le nombre de lunettes de soleil vendues dans une ville est corrélé au nombre de coups de soleil présentés par les plagistes…Des modèles plus ou moins partiels ont été proposés par certains auteurs et sont cités dans l’article. Je ne les reprends pas.

5.1 – Etudes des corrélations « Structure – intelligence »

Les techniques structurelles utilisées sont :

–          La Voxel Morphométrie (VBM ; le voxel est le plus petit détail vu par la technique) qui permet de compartimenter les images en compartiments tissulaires (substance blanche, substance grise, liquide céphalo-rachidien). Elle reste une méthode controversée.

–          La spectroscopie en résonnance magnétique (SRM) permet d’identifier des composés chimiques in vivo grâce à leur capacité de résonance.

–          L’IRM de diffusion, permet de calculer en chaque point de l’image la distribution des directions de diffusion des molécules d’eau. Sa fiabilité est controversée. On étudie par cette méthode la « cohérence » (anisotropie fractionnelle) de la substance blanche.

Les tests de QI utilisés ne sont pas toujours mentionnés pour la VBM en particulier. Pour la SRM, le WAIS (III ou –R) et le WISC III ont été utilisés, et ce dernier test est celui qui est utilisé avec l’IRM de diffusion.

Les intensités de corrélation entre les tests de QI et les tests d’imagerie m’apparaissent comme faibles, au vu de celles que je considère comme significative dans ma discipline. Mais ce sont manifestement les plus significatives dans le domaine présent. On a donc que ça pour avancer…

Sur les 11 études revues, 40 % impliquent la zone BA 10 (frontale G) et les BA 39 et 40 (pariétales). Spécifiquement, la densité tissulaire et l’intégrité de la substance blanche de ces régions corrèlent substantiellement aux résultats des test de QI chez les adultes et les enfants étudiés. Les densités tissulaires et composition chimiques de zones des 2 hémisphères (à Gauche, BA 24 & 32 : cingula, et BA 46 : frontale ; à Droite, BA 9 : frontale) sont aussi corrélées au QI dans plus de 30 % des études. Dans leur ensemble, les études structurelles n’impliquent pas les zones temporales ou occipitales. Ceci peut être dû à la dissociation entre la réalisation des tests d’intelligence et celle de l’imagerie. IL est en effet possible que l’activation de ces zones soit « activité dépendante ». L’utilisation simultanée des trois techniques (DTI, VBM, MRS) pourrait dans le futur améliorer notre compréhension de ces corrélations structurelles et confirmer l’importance des zones frontales (BA 9, 10, 46), pariétales (BA 39, 40), et du cingulum antérieur (BA 24 et 32).

 

accès le 20/12/2012.

5.2 Etudes des corrélations PET scan – Intelligence

Le PET Scan dérivé des études du flux sanguin intra-cérébrale, permet de mesurer en trois dimensions l’activité métabolique d’un organe grâce aux émissions issues de la désintégration d’un produit radioactif injecté au préalable et « consommé » avant ou pendant l’examen. Son intérêt principal est de se servir de précurseurs glucosés directement utilisés par le cerveau en activité, au lieu de stigmates indirects.

Les tests utilisés en fonction des études : Les matrices progressives de raven,  tests de fluidité verbale ( ? ) « high g loaded », test de perception de Maze, le score SAT-Math utilisé à l’entrée au collège, apprentissage de tâches complexes visio-spatiales (Tetris), raisonnements (déductifs et inductifs) et analyses de syllogismes, le Wisconsin Card Sorting Test, tests d’analyse visuelle (raisonnement analogique).

Aucune corrélation n’est notée dans ce chapitre.

La moitié des études rapporte des activations bilatérales des aires BA 18 & 19, dans le cortex extrastrié, et une activation de l’hémisphère gauche dans les aires BA 46 ou 47. Quarante pour cent des études révèlent une activation supérieure gauche dans les aires BA 8 & 10 (frontales), BA 32 (gyrus cingulaire antérieur), et BA 21, 22, 37 (temporal). Trente pour cent des études rapportent une activation dans le cortex frontal gauche (BA 9), et dans le cortex pariétal postérieur (BA 7, 40). Ces données confortent le modèle proposé ici.

5.3 Etudes des corrélations IRM – Intelligence

L’IRM et l’IRM fonctionnelle sont des techniques exploitant le niveau de flux sanguin dans la vascularisation locale lors de l’activité cérébrale.

En fonction des études, les tests utilisés sont le WAIS, le WISC, le jeu d’échecs, le New Adult Reading Test, et des tests dérivés du RAPM, de « raisonnement visuel » durant des problèmes matriciels, de raisonnement logique, d’analogie verbale, de raisonnement inductif/déductif, de mémoire de travail, d’ « analogies fluides ».

Les corrélations ne sont pas citées dans ce chapitre.

Soixante-dix pour cent des études évoquent une activation de l’aire BA 7, plus de 60% celle des aires de Brodmann BA 6 (frontale) et BA 40 (pariétale) donnant une preuve forte de l’implication du lobe pariétal postérieur. On retrouve une activation des aires BA9 (frontale) et BA 19 (occipitale) bilatérale, mais prédominant à gauche, dans 40 % des études. Les aires concernées dans plus de 30 % des études sont  BA18 (Cortex parastrié droit), BA 45 & 46 (Cortex préfrontal dorso latéral gauche), et BA32 (Cingula).

6 – Où se situe l’intelligence dans le cerveau ?

Si on synthétise les résultats des études ci-dessus en les regroupant par zones cérébrales, et en estimant les localisations quand elles ne sont pas explicitées, on met en évidence des aspects intéressants.

Sur 37 études, 27 retrouvent une corrélation entre l’activation ou le volume pariétal centrées autour des aires BA 7 39, et 40. Vingt-six études associent les zones frontales (BA 6, 9, 45, 47), et 30 à 40 % des études associent aussi les zones occipitales (BA 18 et 19). Les zones temporales BA 21 et 37 ainsi que la cingula antérieure (BA32) sont moins souvent citées. L’hypothèse de l’intégration fronto-pariétale sous-tend sans doute des différences individuelles, et les régions concernées se superposent aux régions dédiées au fonctionnement du langage. Cette notion qu’une interaction fronto-pariétale sous-tend des fonctions cognitives plus développées rejoint son importance dans les choix comportementaux et le maintien de l’activité neuronale sous stimulation. La notion même de conscience, l’attention, la mémoire ont aussi été hypothétiquement reliées à des interactions fronto-temporales. Il est notable que le type d’interaction, leurs directions et leurs contrôles restent inconnus.

7 – Perspectives sur le réseau P-FIT

7.1 Etudes de lésions cérébrales

Le modèle proposé suggère que les lésions dorso-latérales préfrontales (Aires BA 9, 45-47) et/ou pariétales (Aires BA 7, 40) résulteraient en un déclin de l’intelligence alors que les lésions en dehors de ces zones permettraient une stabilité intellectuelle.

Les « modèles » : Les blessures liées à des missiles à hautes vélocité (dont les lésions sont plus focalisées), les lobotomies frontales, les traitements chirurgicaux de l’épilepsie (excision du tissu-foyer épileptogène), les accidents vasculaires cérébraux.

Ces études confirment que les atteintes pariétales ou pariéto-temporales gauches sont associées à une intelligence verbale moins importante que les contrôles, que les lésions frontales ne donnent pas de déclin significatif du QI (en dehors des lésions corticales dorso-latérales), le risque trois fois supérieur d’incapacité intellectuelle lors de lésions postérieures par rapport aux lésions frontales ou temporales, et que ce sont les personnes aphasiques de type Wernicke (BA 22), aphasie globale (toutes modalités) ou transcorticale qui présentent la plus forte dégradation du QI.

L’excision chirurgicale de la partie antérieure du lobe temporal semble dans certaines études être suivie d’une augmentation du QI.

7.2 Génomique

Les études sur les jumeaux homozygotes montrent une forte héritabilité des volumes cérébraux et de substance blanche et grise. Sur six études recensées, quatre retrouvent une influence génétique sur le volume cérébral et l’intelligence. Les méthodologies ne sont pas indiquées. Chez les jumeaux, les tailles et volumes de la substance grise (BA45, 22, 40, et 39) ont des tailles convergentes (90-100 %). Ces zones sont impliquées dans le modèle proposé. Deux gènes, ASPM et microcéphaline, ont récemment été associés à la taille du cerveau. Les connaissances sur le fonctionnement des gènes, sont passées de « un gène une protéine » à la possibilité de multiples transcrits, épissages, protéines et donc fonctions ; ainsi qu’à la découverte d’interactions de facteurs environnementaux. Cela a modifié la vision du déterminisme génétique et de la sélection naturelle, avec notamment l’existence de micro événements au cours de la vie pouvant aboutir à l’expression de l’intelligence associée à l’expansion cérébrale.

7 – Conclusion & Perspectives

La méthode qui consiste à agréger des résultats d’études (37 en l’occurrence), associant de manière variée des populations hétérogènes avec des tests d’intelligence multiples et des techniques d’imagerie diverses (ayant chacune leurs inconvénients et limites), donnant des résultats non toujours appuyés sur des corrélations très solides doit donner lieu à des interprétations très prudentes. Néanmoins, on peut dégager des tendances neuro-anatomiques de ces études et cela peut constituer les bases d’une hypothèse d’un réseau fronto-postérieur nommé intégration pariéto-frontale de l’intelligence. La validation de cette hypothèse nécessitera beaucoup d’autres études, ne serait-ce que parce que ces zones ont été associées à d’autres caractéristiques cognitives et parce que d’autres zones cérébrales ont été associées au développement de comportements intelligents. Notre hypothèse repose sans doute sur des zones cérébrales dans lesquelles les différences individuelles s’expriment en étant moins encombrées par les « opérations quotidiennes ou de maintenance », par analogie à ce qui a été retrouvé chez le rat ou 8 zones cérébrales participent à la performance pour tous les problèmes (intelligence biologique), et 6 autres à la résolution de problèmes  (high g loaded) complexes (intelligence psychométrique).

Les contraintes d’espace n’ont pas permis d’inclure les données électro ou magnéto-encéphalographiques, mais il est certain que la prise en compte des dimensions spatiales et temporelles dynamiques de ces données seraient indispensables pour parler de « réseaux ».

De nombreux points doivent encore être résolus, comme par exemple :

–          Le fait que l’intelligence puisse être liée à une augmentation de volume de la substance grise et à une diminution de la consommation cérébrale en glucose dans certaines conditions,

–          Savoir si l’expérience et l’apprentissage peuvent augmenter la quantité de substance grise,

–          Les différences entre sexes notées dans certaines études (mais pas toutes),

–          L’absence d’études associant mesure de l’intelligence, imagerie et recherches génétiques.

 

Post-scriptum :

Cet article princeps (de 19 pages) est suivi de 19 commentaires riches (20 pages) dont les titres suivent, et qui sont eux-mêmes suivis des réponses des auteurs (5 pages de plus) :

–          Limites inhérentes à l’identification d’une base neuronale à l’intelligence générale

–          Choisir entre plusieurs options intelligences.

–          Intelligence ? Quelle intelligence ?

–          Une carte intégrant le cerveau avec les cartes de l’esprit.

–          La théorie de l’intégration pariéto-frontale de l’intelligence : Une contribution majeure aux théories de l’intelligence

–          Le cerveau endormi, les états de conscience, et l’intelligence humaine.

–          A propos de la base neuronale de l’intelligence cristallisée.

–          L’action intégrative dans le réseau fronto-pariétal : un soin pour le cerveau dispersé.

–          Sur l’images de corrélations.

–          Intelligence et raisonnement sont deux choses différentes.

–          L’intelligence, les hormones, le sexe, la taille du cerveau et la biochimie : démontrer la relation de cause à effet avant d’intégrer.

–          La théorie de l’intégration pariéto-frontale de l’intelligence  et la neuro-science de l’intelligence : quid du P ?

–          Une approche globale est nécessaire.

–          Est-ce que la théorie de l’intégration pariéto-frontale de l’intelligence peut être étendue et rendre compte des différences individuelles dans les performances et compétences de la vie quotidienne ?

–          Connectivité fonctionnelle dans le cerveau et intelligence humaine.

–          Une solution juste à un faux problème : Une réponse à Jung et Haier.

–          La plasticité dans les compétences cognitives : preuve de dissociation en cas d’aphasie.

–          La base neuronale de l’intelligence : une énigme drapée dans un mystère ?

–          Intelligence globale et traumatismes cérébraux localisés.

The P-FIT of intelligence