Imagerie des Troubles du Spectre Autistique actualités et théories avancées M-A Lauvin-Gaillard, J Martineau, F Andersson, C Destrieux, F Bonnet-Brilhault, N Hernandez, J-P Cottier Service de Neuroradiologie du CHRU de Tours Unité Inserm U930 rappels L’autisme est un trouble envahissant du développement (anomalies précoces, durables et extensives dans plusieurs domaines du développement)… …qui n’est pas rare: la prévalence est estimée entre 1 et 3 personnes sur 1000 (Fombonne et al, J Autism Dev Disord, 2003) Notion de Troubles du Spectre Autistique z Profils cliniques polymorphes associant à des degrés variables des anomalies… – De la communication verbale et non verbale – – Des interactions sociales réciproques Et des comportements restreints et stéréotypés (d’ après DSM IV et CIM 10) Objectifs pédagogiques Ce poster se propose de répondre aux questions suivantes : z Peut-on observer des anomalies sur les séquences conventionnelles en IRM chez les sujets autistes? z Quelles sont les régions impliquées en IRM fonctionnelle? z Quelles sont les aires cérébrales mise en jeu dans la théorie actuelle des neurones miroirs? z Quelles sont les séquences pouvant présenter un intérêt dans l’exploration des troubles du spectre autistique? Imagerie des Troubles du Spectre Autistique z 1- Autisme et séquences IRM conventionnelles z 2- Régions cibles présentant des anomalies morphologiques, spectroscopiques et fonctionnelles. 3- Neurones miroir et « social brain » 4- Enjeux de la recherche en neuro-imagerie z z 1- Autisme et séquences IRM conventionnelles z On peut observer des anomalies non spécifiques dans la substance blanche : – hypersignaux T2 temporo-polaires sous-corticaux (a) après l’ âge de 4 ans (défaut de maturation ? aspect normalement observé jusqu’à l’ âge de 4 ans lors du processus de myélinisation) – – a hypersignaux périventriculaires (b) espaces de Virchow Robin dilatés (c) b D’après Boddaert N et al, PlOsOne 2009 c Imagerie des Troubles du Spectre Autistique z 1- Autisme et séquences IRM conventionnelles z 2- Régions cibles présentant des anomalies morphologiques, spectroscopiques et fonctionnelles z 3- Neurones miroir et « social brain » 4- Enjeux de la recherche en neuro-imagerie z 2- Régions cibles z Certaines régions cibles cumulent des anomalies morphologiques, spectroscopiques et fonctionnelles: – Les amygdales et le circuit amygdalo-hippocampique – Le lobe temporal (sillon temporal supérieur et gyrus fusiforme) – Le cervelet – Les noyaux gris centraux, les régions frontales précentrales aux propriétés miroir… 2- Régions cibles a) Les amygdales z Structures profondes du système limbique appartenant au circuit amygdalo-hippocampothalamique de Papez (symbolisé par la double flèche rouge) z Interface entre traitement des émotions (peur, colère, plaisir sexuel, dégoût…) et les systèmes d’élaboration de la mémoire. 2- Régions cibles a) Les amygdales z Chez les sujets autistes, on peut mettre en évidence dans les amygdales: – – des anomalies spectroscopiques un hypodébit en SPECT 2- Régions cibles a-1) Les amygdales: Spectroscopie Diminution rapport NAA/Cr (altération de l’intégrité neuronale) corrélée avec sévérité des anomalies du comportement social D’après Endo T; Biol. Psychiatry, 2007 (Autism: sujets autistes; PDD-NOS: troubles envhissants du developpement non spécifiques; ASP: sujets Asperger) 2- Régions cibles a-2) Les amygdales: SPECT Étude SPECT (Single Photon Emission Tomography au Technétium-99m) : z Hypodébit de la région amygdalohippocampique droite z Et corrélation positive entre diminution du rCBF (regional Cerebral Blood Flow) et sévérité des symptômes autistiques (résistance changement) D’après Ohnishi et al, Brain, 2000 Sujets autistes contrôle 2- Régions cibles b) Le lobe temporal z Région du Sillon Temporal Supérieur (STS) et de l’aire 22 de Brodman: aires du traitement cognitif des sons et de la voix . z IRM fonctionnelle: chez les autistes, pas d’activation des STS à l’écoute de la voix humaine comparativement au groupe contrôle. (d’ après Gervais, Nat. Neurosci 2004) STS 2- Régions cibles b) Le lobe temporal: région du STS * D’après Boddaert et al, Neuroimage 2004 En vert: zones où l’épaisseur corticale est diminuée. Étude VBM (Voxel Based Morphometry) menée chez 21 sujets autistes et 12 sujets contrôles * D’après Zilbovicius et al, Am J Psychiatry. 2000 En vert: zones de diminution du flux sanguin régional en Tomographie par émission de positon. 21 enfants autistes/10 sujets contrôles 2- Régions cibles b) Le lobe temporal: gyrus fusiforme z Un des critères diagnostics d’autisme est le manque d’intérêt pour les visages… z Le gyrus fusiforme (partie ventrale du lobe temporal), est normalement activé spécifiquement lors de l’observation des visages. Gyrus fusiforme 2- Régions cibles b) Le lobe temporal: gyrus fusiforme D’après Schultz et al, Arch Gen Psychiatry, 2000 z Groupe contrôle – – z Visages Activation du gyrus fusiforme lors de l’observation de visages Activation du gyrus temporal inférieur lors de l’observation d’objets Sujets autistes Perception des visages en dehors du gyrus fusiforme Schéma d’activation comparable à celui des objets Objets 2- Régions cibles b) Le lobe temporal: gyrus fusiforme En IRM fonctionnelle: – Visages vs objets Controls Sub. With Autism 0,35 0,3 0,25 Size of effect z 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -0,05 -0,1 -0,15 – Par rapport au groupe contrôle, les sujets autistes ont un défaut d’activation du gyrus fusiforme lors de la perception des visages D’après Andersson et al , Human Brain Mapping, 2009 gyrus fusiforme droit 2- Régions cibles b) Le lobe temporal: gyrus fusiforme z IRM fonctionnelle: gyrus fusiforme droit visages neutres vs visages expressifs – Chez les sujets autistes, moindre activation du gyrus fusiforme pour les D’après Andersson et al , Human Brain Mapping, 2009 0 -0,2 -0,4 Size of effect visages expressifs Controls -0,6 -0,8 -1 -1,2 -1,4 -1,6 -1,8 Sub. With Autism 2- Régions cibles c) Le cervelet Les fonctions de coordination motrice du cervelet sont bien connues, mais on décrit à présent un syndrome « cognitivo-affectif » cérebelleux lors de lésions cérébelleuses, notamment vermiennes. Hypoplasie des lobules VI et VII en VBM (Voxel Based Morphometry), z Webb et al, Psychiatry Res 2009 Spectroscopie: diminution du NAA dans l’ensemble du cervelet , z Lobules VI et VII Chugani et al, Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 1999 z IRM fonctionnelle: schémas d’activation différents des groupes contrôles pour des taches motrices simples, Allen et al, Biol Psychiatry 2004 Imagerie des Troubles du Spectre Autistique z 1- Autisme et séquences IRM conventionnelles 2- Régions cibles présentant des anomalies morphologiques, spectroscopiques et fonctionnelles z 3- Neurones miroir et « social brain » z z 4- Enjeux de la recherche en neuro-imagerie 3-a) système des neurones miroirs z Système décrit initialement chez le singe par Rizolatti en 2005 z Le même groupe de neurones « miroirs » décharge aussi bien lorsqu’il voit l’expérimentateur faire ces actions que lorsqu’il effectue ces actions. z Siège de représentations internes des actions… … base de l’empathie et de l’intersubjectivité? D’après Rizzolatti et al, Nat. Clin Pract Neurol 2005 3-a) système des neurones miroirs z Des neurones aux propriétés «miroirs» ont été décrits chez l’homme: Dans l’opercule frontal (pars opercularis) du cortex prémoteur (aires 44 et 45 de Brodman) – Dans le lobule pariétal inférieur – (aire 40 de Brodman) z Avec une organisation somatotopique, par répertoire d’actions D’après Rizolatti et al, Nat Clin Pract Neurol 2009 3-a) système des neurones miroirs z IRM fonctionnelle: les sujets autistes activent bien les aires visuelles lorsqu’ils observent et les aires motrices lorsqu’ils imitent…mais contrairement au groupe contrôle, ils n’activent pas les neurones « miroirs » dans le cortex prémoteur. Cochin et al, Société Française de Psychologie, 2003. 3-b) « Social z Brain » et amygdale Associations fonctionnelles entre… Amygdales (« entrée » du cerveau social?) – – Aires temporales de décodage des expressions visuelles et de la voix (STS, FFA) – Cortex frontal inférieur (dont l’ opercule frontal «miroir») – Et régions associant précunéus et cingulum postérieur z Brain et amygdale IRM fonctionnelle: – Visages vs objets – Chez les sujets autistes, défaut d’activation du gyrus fusiforme pour les visages…mais aussi de Amygdale gauche l’amygdale gauche Controls 0,1 0 Size of effect 3-b) Social -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 D’après Andersson et al , Human Brain Mapping, 2009 -0,5 Sub. With Autism 3-b) Social z Brain et amygdale En revanche, chez les sujets autistes, on observe une Amygdale gauche activation de l’amygdale plus importante pour les avatars (visages virtuels) que pour les visages… vs Controls 0,1 0 Size of effect z -0,1 -0,2 -0,3 -0,4 -0,5 -0,6 Sub. With Autism 4- De la neuroimagerie à la prise en charge des sujets autistes… z Le fait que l’amygdale soit plus activée chez les sujets autistes lors de la perception d’avatars plutôt que pour des visages suggère que les avatars pourraient constituer un stimulus adapté pour capturer leur attention? z …et peut être stimuler également les structures «d’aval » du cerveau social ? Les études scintigraphiques, fonctionnelles et spectroscopiques font concorder un faisceau d’argument vers des atteintes simultanées de plusieurs régions cibles chez les sujets autistes … IRM en Tenseur de diffusion : nombreux foyers de réduction de l’anisotropie fractionnée (FA) Représentation 3D des foyers d’ anomalie de la SB en tenseur de diffusion (en gris) chez des sujets autistes (corps calleux représenté en blanc et amygdales en gris clair) D’après Barnea-Goraly et al, Biol Psychiatry 2004 4- Enjeux de la recherche en neuroimagerie chez les sujets autistes: z Diriger une prise en charge la plus précoce possible (plasticité cérébrale) vers des stimulations adaptées z Tenter de comprendre les réseaux neuronaux qui sous-tendent la relation à l’autre En résumé z z z On peut voir des anomalies non spécifiques de la substance blanche chez les sujets autistes Le système des neurones miroirs fonctionne différemment chez les sujets autistes. Des anomalies fonctionnelles, scintigraphiques et spectroscopiques sont retrouvées dans les amygdales et dans les structures « d’aval » du cerveau social Références bibliographiques z z z z z z z Allen G, muller RA, Courchesne E. cerebellar function in autism: functional magnetic resonance image activation during a simple motor task. Biol Psychiatry 2004; 56: 269-278 Andersson F, Hernandez N, Destrieux C, Cottier JP, Barthelemy C, Martineau J. Perception of facial expressions and avatars in autism. Poster for the 15th annual meeting of the Organisation for the Human Brain Mapping, june 2009 Barnea-Goraly N, Kwon H, Menon V et al. White matter structure in autism: preliminary evidence from diffusion tensor imaging. Biol Psychiatry 2004; 55:323-326 Boddaert N ,Chabane N, Gervais H, et al. Superior temporal sulcus anatomical abnormalities in childhood autism: a voxel-based morphometry MRI study. Neuroimage 2004; 23:364-369 Boddaert N, Zilbovicius M, Philippe A et al. MRI findings in 77 children with non-syndromic autistic disorder. PloS ONE 2009; 4:e4415 Chugani DC, Sundram BS, Behen M et al. Evidence of altered energy metabolism in autistic children. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry 1999; 23:635-641 Cochin S, Destrieux C, Barthélémy C, Savard S, Cottier JP, Martineau J. Perception du mouvement biologique. Etudes en EEG et IRMf chez le sujet sain et le patient autiste. Société Française de Psychologie, mars 2003, Rennes. Références bibliographiques z z z z z z z z Endo T, Shioiri T, Kitamura H et al; Altered chemical metabolites in the amygdallahippocampus region contribute to autistic symptoms of autism spectrum disorders. Biol Psyhciatry 2007; 62: 1030-1037 Fombonne, E. Epidemiological surveys of autism and other pervasive developmental disorders : an update. J Autism Dev Disord, 2003 33 (4), 365-382. Gervais H, Belin P, Boddaert N, et al. Abnormal cortical voice processing in autism. Nat Neurosci 2004; 7: 801-802 Ohnishi T, Matsuda H, Hashimoto T et al. Abnormal regional cerebral blood flow in childhood autism. Brain 2000; 123: 1838-1844 Rizzolatti G, Fabbri-Destro M, Cattaneo L; Mirror neurons and their clinical relevance; Nat Clin Pract Neurol 2009; 5:24-34 Schultz RT, Gauthier I, Klin A, et al. Abnormal ventral temporal cortical activity during face discrimination among individuals with autism and Asperger syndrome. Arch Gen Psychiatry 2000; 57: 331-340 Webb SJ, Sparks BF, Friedman SD, et al. Cerebellar vermal volumes and behavioral correlates in children with autism spectrum disorder. Psychiatry Res 2009 Zilbovicius M, Boddaert N, Belin P, et al. Temporal lobe dysfunction in childhood autism: a PET study. Positron Emission Tomography. Am J Psychiatry 2000; 157: 1988-1993