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La ou les mémoire(s) et les troubles d’apprentissage Une approche neuropsychologique M. Habib & B. Joly-Pottuz CHU de Marseille

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La ou les mémoire(s) et les troubles d’apprentissage

Une approche neuropsychologique

M. Habib & B. Joly-Pottuz

CHU de Marseille

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L’hippocampe:Former des souvenirs (et les consolider)

L’amygdala :La « rencontre des souvenirs et du désir »

Le striatum (ganglions de la

base)Mémoire

« procédurale »

Le cervelet : automatisation et

apprentissage

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Noyau amygdalien

Formationhippocampique

fornix

Noyaux septaux

Basal forebrain Cavités ventriculaires

Tuberculemamillaire

Anatomie de la mémoire Le système central : circuit de Papez et amygdala

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La mémoire des événements

Mémoire épisodique

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L’hippocampe s’active lorsqu’on demande à une personne de se rappeler des souvenirs épisodiques personnels

Il s’active seulement du côté droit lorsque la personne doit se rappeler un parcours ou évoquer un chemin familier

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Habib & Sirigu, 1987« Pure topographical disorientation »

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Aguirre et al., 1998 :Imagerie fonctionnelle du cerveau lors de l’apprentissage d’un espace virtuel

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Présentation des 24 figures géométriques

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1. Robert a une grande famille, une femme et quatre enfants.

2. La femme de Robert souhaite changer de voiture

3. Robert est heureux ; c’était son rêve depuis longtemps

4. Avoir une voiture rouge, avec un grand coffre

5. Un matin Robert se lève tôt, pour aller chez un garagiste

6. Un garagiste qui est aussi un ami d’enfance

7. Robert doit attendre un peu, car il y a beaucoup de clients

8. Le garagiste est bavard et aujourd’hui malheureux.

9. En effet il n’a plus de voiture a vendre.

10. Mais Robert remarque dans un coin une voiture rouge

11. Le garagiste lui explique qu’il a oublié cette voiture.

12. Tout simplement parce qu’elle tombe toujours en panne

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Présentation de la figure géométrique complexe

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Apprentissage de la liste de 12 mots

Drapeau /jardin /église /carnet /sirop /peinture /ampoule /farine /mouche/

volcan /rasoir /bouton

Rappel 1 : score /12

Rappel 2 : score /12

Rappel 3 : score /12

Note : moyenne des 2 meilleurs essais (le plus souvent R2 + R3/2)

RAPPELS DIFFERES ….

RECONNAISSANCE

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La ou les mémoire(s) : modèle d’Atkinson et Shiffrin (1968)

Mémoire sensorielle(qques millisecondes)

Mémoire à court terme(quelques secondes)

Mémoire à long terme(depuis qques secondes jusqu’à toute la vie)

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Apprentissage d’une liste : effet de récence et de primauté

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Mémoires : des modules séparables

Mémoire sensorielle(iconique, échoïque

Mémoire à court terme(verbale, non verbale)

Mémoire à long terme

déclarative Non déclarative

épisodique sémantique impliciteCondition-nement

procédurale

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Conceptions plus récente : La Mémoire de Travail

« Travailler avec sa mémoire »

Modèle de Baddeley (1986, 1992)• système de capacité limitée• destiné au maintien temporaire et à la manipulation de

l’information• pendant la réalisation de tâches cognitives diverses

(compréhension, raisonnement, résolution de problèmes…)• comprend un administrateur central amodal, de capacité limitée• aidé de systèmes « esclaves » responsables du maintien temporaire

de l’information : - la boucle phonologique- le registre visuo-spatial

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La ou les mémoire(s) : Modèle de Baddeley (1986, 1992)

• La Mémoire de Travail« Travailler avec sa mémoire »

Boucle Phonologique

Administrateur

Central

Calepin visuo-spatial

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Système Mnésique

Visuel Auditif

Administrateur

Central

Boucle

phonologique

Calepin

visuo-spatial

MLT

MDT

Stockage

sensoriel

Mémoire épisodique

Mémoire sémantique

Mémoire procédurale (schémas, routines…)

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La mémoire du passé immédiat

Mémoire à court terme

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La mémoire de travail et ses 3 composantes

Mémoire croquis visuo-spatiale

Boucle articulatoire

Processeur central

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Le système phonologiquedans le cerveau

lobe pariétal inférieur : mémoire phonologique à court terme

cortex temporal postérieur:discrimination phonétique

Aire de Broca: - programmation articulatoire - traitement syntaxique - récapitulation phonologique

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M F C H D FL

MEMORY

M F C H B Rhymes with “D”?

L

RHYMEPaulesu et al., 1996

delay

nodelay

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Etude des composantes de la mémoire de travail phonologique (Paulesu et al., 1996)

RHYME MEMORY

CONTROLS

DYSLEXICS

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Mémoire à court terme non verbale (d'après Ungerleider, 1996)

Zones plus fortement activées dans la condition spatiale

Zones plus fortement activées dans la condition d’identification

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La boucle phonologique

• stockage temporaire de l’information verbale

• contient :

- Un stock phonologique : réception directe de l’information verbale, stockée sous forme phonologique; maintien de brève durée (1.5 à 2 sec)

- Un processus de récapitulation articulatoire (réintroduction de l’information dans le stock phonologique) : système d’autorépétition mentale permettant de retenir, rafraîchir l’information

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Le système de la boucle phonologique

Recodage phonologique

Code Visuel

Entrée

Visuelle

Entrée

Auditive

Analyse phonologique

stock phonologique à court terme

Boucle de récapitulation articulatoire

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Effet de similarité phonologique

• L’empan (rappel sériel immédiat) de mots ou lettres qui se ressemblent

au plan phonologique est moins bon que le rappel de mots ou lettres qui diffèrent phonologiquement.

• le stock phonologique se fonde essentiellement sur un code phonologique

• plus la similarité entre items est grande, plus il est difficile de les distinguer et de les récupérer

L’effet de similarité phonologique est un indice du fonctionnement normal du stock phonologique

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Effet de longueur• le rappel sériel immédiat de mots est inversement relié à leur durée

de prononciation

• effet sous la dépendance du processus de récapitulation articulatoire

• les mots longs prennent plus de temps pour être récapitulés que les mots courts

• ce qui permet à la trace mnésique des mots précédents de s’effacer avant que ces mots puissent être réintroduits dans le stock phonologique (via la récapitulation articulatoire)

L’existence d’un effet de longueur atteste du bon fonctionnement de la récapitulation articulatoire

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Effet de suppression articulatoire• la répétition itérative d’un son non pertinent

« bla-bla-bla-bla-bla-bla…….  »durant une tâche de rappel sériel immédiat altère la performance

Le registre visuo-spatial • responsable du stockage à court terme de l’information visuo-spatiale• manipulation des images mentales• comprend une composante spatiale et une composante visuelle

(Logie, 1986)

L’ Administrateur Central • système attentionnel de contrôle • sélection des stratégies cognitives• coordination des informations de sources différentes• Planification et contrôle (procédures de gestion)

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Existence de sous-systèmes, indépendance fonctionnelle

Modèle de Tulving (1972, 1983) : 3 systèmes

• mémoire épisodique (incluant la mémoire autobiographique) :

rétention des événements récents ou plus anciens en les reliant aux événements passés, expériences personnelles du sujet (de nature subjective et contextuelle)

La mémoire à long terme

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• Mémoire sémantique

- répertoire des connaissances acquises de nature langagière, à un niveau tant phonologique que lexical ou conceptuel

- contenu abstrait et rationnel

- le rappel s’effectue à partir des codes lexical et grammatico-syntaxique de la langue

- évocation des caractéristiques associatives et fonctionnelles des mots

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• Mémoire procédurale

- requise quand le sujet doit exécuter un geste complexe lors d’une activité qui fait appel à des habiletés perceptivo-motrices et cognitives (faire du vélo, nager…)

L’encodage, la consolidation et la récupération sont également évalués comme des fonctions indépendantes :

Encodage : processus actif qui transforme les éléments d’information en traces mnésiques selon leurs caractéristiques (apprentissage incidentel et intentionnel)

Consolidation : processus par lequel une trace mnésique est maintenue et passe de la MCT à la MLT

Récupération : processus par lequel l’information contenue en MLT retourne en MCT pour devenir directement accessible

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Le développement de la mémoire chez l’enfant

• Piaget & Inhelder (1973)

- Développement des habiletés motrices et perceptives précédant la fonction mnésique

- Apparition de la mémoire au début du stade préopératoire, après 2 ans // capacité du jeune enfant à nommer un objet en son absence

- cette acquisition nouvelle résulterait du passage de la mémoire procédurale à la mémoire sémantique (pensée symbolique)

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• Olson et Strauss (1984)

Il existe des formes de catégorisation dès l’âge de 6 mois• Gathercole (1998)- MDT : système phonologique présent dès 2-3 ans (unité de

stockage)- Boucle articulatoire : stratégie utilisée pas avant 7 ans

Effacement rapide de l’information auditive

Sensibilité aux effets de familiarité & de longueur entre les mots

Chapeau, château, cadeau ????

Banane

Téléphone

Balançoire-

Chat, Clef

+

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Enfants présentant des troubles du langage• Efficience du système phonologique < capacités de

compréhension & niveau d’intelligence non verbale• testés sur leur capacité de répétition phonologique de non

mots, des enfants de 8 ans présentent un retard de 4 ans.

Excellent marqueur de la dysphasie

• dès 7 ans, mise en place progressive de la boucle articulatoire, qui servira de + en + à encoder du matériel non entendu

• ce matériel profite d’un double encodage : phono + visuo-spatial

Maximisation de l’empan

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• Maturation des fonctions pré-frontales d’autorégulation

(préado et adolescence)

Utilisation maximale de l’administrateur central Apprentissage à gérer le double traitement phonologique et visuo-spatial

Enfant capable de :

• contrôler ses actions

• planifier ses comportements en fonction du but visé

• utiliser à bon escient toutes les stratégies de mémorisation pour mener à bien la tâche

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La trace mnésique

Comment sont stockés et organisés les souvenirs

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Diverses modifications synaptiques liées à l’apprentissage

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L’aplysie : animal « vedette » de la mémoire

Témoin habituation à sensibilisation long terme à long terme

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Fibres perforantes médialesFibres perforantes latéralesGyrus dentatusCellules hippocampiquesPotentialisation à long terme

(PLT) dans l’hippocampe : un train de stimulations rapprochées(tétanisation) entraîne une modification durable de l’activité électrique dans le circuit 30 60 90 120Tps (mn)

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« Rêver un souvenir »

Rêve « projeté » dans le cortex frontal

Pendant le sommeil onirique, le cerveau rejoue les expériences récentes pour les imprimer plus profondément dans la mémoire

L’hippocampe rejoue le film des événements de la journée

Les aires visuelles passent en revue ce qui a été vu pendant la journée

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Mémoire et lobes frontaux

• Indexation temporelle des souvenirs• Évaluation de la réalité et fausses

reconnaissances• Qualité de l’encodage• Allocation de ressources

attentionnelles• Rôle séparé des deux hémisphères

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Test d’alternance retardéedelayed alternation task

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Lobe frontal et mémoire des épisodes : le modèle HERA(hemispheric encoding/retrieval asymmetry : Tulving, 1994)

Encodage :Lobe frontal gauche

Récupération :Lobe frontal droit

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aire classique du langage

aires de médiation

cortex préfrontal inférieur(syntaxe, grammaire accès aux verbes)

(processus instrumentaux)

(accès "catégorie-spécifique" aux mots)

nomspropres

élémentsnaturels

objets

couleurs

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Mémoire sémantique : exemple de l’accès aux noms propres (1)

UNITE DE RECONNAISSANCE

NŒUDS PROPOSITIONNELSSe lève tôt

Vend des gâteaux

Cuit le pain

Pétrit la pâte

NŒUD LEXICAL

SYSTEMEPHONOLOGIQUE

SYLLABES

Boulan

ger

(directement activé par unités propositionnelles)

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Noms propres : nœuds propositionnels et lexicaux ne sont plus connectés

UNITE DE RECONNAISSANCE

NŒUDS PROPOSITIONNELSAdore le bordeaux

Parle six langues

Fan de football

Moine défroqué

NŒUDS LEXICAUX

SYSTEMEPHONOLOGIQUE

SYLLABES

Bou langer

Jules Boulanger(individu) Anne Boulanger

(individu)

JulesBoulanger(nom)

Anne

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La mémoire des procédures et des automatismes

Mémoire procédurale

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(naïf) (entraîné) (nouvelle)

Génération de verbes à partir d’une liste de noms communs (Posner)

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Accroissement d’activité avec le conditionnement

Striatum ventr.Thalamus ny rouge vermis antérieur Vermis antérieur

Aires corrélées avec les performances dans l’apprentissage

Cortex cérébellgauche

hippocampe

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Apprentissage d’une procédure visuo-motrice (Doyon & Ungerleider, 2002)

Le cervelet participe à l’apprentissage de la séquence (session 1)

Les ganglions de la base (striatum) ne se mettent en jeu que lorsque le niveau de performance optimal a été atteint

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Le cervelet : un organe aux fonctions multiples et émergentes-motricité, coordination, posture-Modulateur des apprentissages procéduraux et des automatismes (sensori-moteurs et cognitifs) - Pace-maker des structures sus-jacentes?

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Difference in activation between 6 dyslexics and 6 controls during learning of a motor sequence of

the fingers: underactivation of the right cerebellum

(Nicolson et al., 1999)

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Table 1. Performance data ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Training group (SEM) Control group (SEM) ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

1st 2nd 1st 2nd measurement measurement measurement measurement

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------IQ 98.00 (3.50) 93.00 (4.00)

Words/correct* 23.79 (0.97) 29.38 (0.56) 23.34 (1.22) 26.78 (0.96)

Speed; s/word 5.85 (0.77) 2.34 (0.29) 5.60 (0.53) 3.37 (0.45)

Spelling 6.71 (0.54) 8.96 (0.35) 7.54 (0.52) 9.33 (0.22)

Rem. 1st phon. 6.42 (0.52) 8.87 (0.26) 6.21 (0.51) 8.08 (0.48)

Comp. test 21.71 (1.10) 27.75 (0.52) 21.04 (1.02) 24.96 (0.70)

Hit % 89.33 (4.17) 92.50 (2.50) 80.83 (8.83) 88.33 (5.57

FA % 23.67 (12.17) 11.17 (7.33) 23.00 (6.50) 20.00 (11.00)

RT (ms) 690.00 (59.00) 583.00 (59.00) 801.00 (64.00) 779.00 (45.00)

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40ms 10ms

40ms750 Hz

500 Hz (90%)

(10%)

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• Méthode : « Magnetic source imaging »• 8 enfants dyslexiques testés avant et après 8 semaines d’entraînement intensif phonologique et grapho-phoémique• Enregistrements de l’activité cérébrale pendant une tâche de jugement de rimes sur des non-mots écrits

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avt Apr.

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Merzenich et al., 1996; Tallal et al., Science, 1996

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Etude comparative de deux méthodes adjuvantes

• groupe G1 n = 12 =entraînement phonologique et visuel (V)– F = 6 et M = 6.– âges compris entre 7 ans 7 mois et 11 ans 3 mois

• Groupe G2 n=10 = entraînement phonologique et articulatoire (A)– F = 4 et M = 6.– âges entre 7 ans 9 mois et 10 ans 11 mois

• 6 semaines d’entraînement. Bilans avant, après et 7 mois après

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A

V

40

50

60

70

80

90

100

110

Bilan initial Bilan final Bilan Contrôle

Box PlotSplit By: Groupe

Conscience phonologique : amélioration significative des deux groupes

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A

V

-20

0

20

40

60

80

100

Dictée Bi Dictée Bf Dictée Contrôle

Box PlotSplit By: Groupe

Dictée : amélioration significative des deux groupes

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A

V

80

85

90

95

100

105

110

115

120

125

130

Alou Bi mois Alou Bf mois Alou Ct mois

Box PlotSplit By: Groupe

Lecture : amélioration très significative du groupe visuel à 7 mois

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Cz /fi/ 50-60 ms

Potentiels Evoqués moyens enregistrés sur l’électrode au vertex au cours de la perception du stimulus /fi/ (de durée moyenne 50-60 ms.) Batty et al., 2001

témoins

Dysl baseline

Dysl post-training (phon)

Dysl post-training (vis.)

8 semaines entraînement phono, puis 8 semaines visuel

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1/ & 3/ : fMRI 2/ « instructional treatment »

28 hour (2h/d over 14 days) :• linguistic awareness• alphabetic principle• Fluency• Reading comprehens.

NEUROLOGY 2003;61:212–219

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Phoneme mapping :controls>dyslexics

Dyslexics : follow-up>initial

Controls : follow-up<initial

initial scan Follow-up scan initial scan Follow-up scan

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Morpheme mapping :controls>dyslexics

Dyslexics : follow-up>initial

Controls : follow-up<initial

initial scan Follow-up scan initial scan Follow-up scan

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Hebb's synapse: if axon a fires when neuron B is being activated by c and d, then the connection between A and B will be increased

Hebbian learning : some examples

Learning voiced/unvoiced contrast : segregation of relevant neuron clusters

Left A1 neurons

"voicing" neurons

…Left A1

Audit assoc. cortex

F0

spectral

temporal

Integration of multiple auditory patterns (e.g. prosody)

Specialised assemblies

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Temporally asymmetric learning (Hebb, 1949) = spike-based temporal difference

•An input synapse to a given neuron that is activated slightly before the neuron fires is strengthened, whereas a synapse activated slightlyafter is weakened•This window of plasticity ranges from -40 to +40 msec•This mechanism would cause multiple neurons in the primary auditory cortex that fire nearly simultaneously to bind together

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Hebbian learning : further speculations

Visual word form (BA37)

Learning grapheme-phoneme conversion : the fundamental defect in dyslexia

Learning numerical value of quantities :the fundamental defect in dyscalculia

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Conclusion : la synapse de Hebb comme explication de la dyslexie et des troubles apparentés

• Explique à la fois les déficits auditifs et visuels de bas niveau et des déficit de niveau plus complexe, y compris des déficits multimodaux

• Peut expliquer la coexistence de signes visuels et auditifs• A mené à des applications thérapeutiques (toutefois récentes et à confirmer)• Explique que les résultats soient différents selon la nature linguistique ou non des

stimuli• Explique surtout la coexistence de déficits extra-linguistiques chez les

dyslexiques (dyscalculie, dyspraxie…et même précocité intellectuelle) • est compatible avec les constatations d'anomalies morphologiques intra- et inter-

hémisphériques