Article original Épilepsies 2006 ; 18 (Numéro spécial) : 53-6 Exploration de la mémoire épisodique par l’imagerie fonctionnelle : données chez l’adulte Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Downloaded by a robot coming from 88.99.165.207 on 24/05/2017. Sophie Dupont Unité d’Épileptologie, 41 bd de l’Hôpital, 75013 Paris, France <[email protected]> Historiquement, la mémoire a été reliée au circuit de Papez. L’imagerie fonctionnelle que ce soit la Résumé. tomographie par émission de positons ou ultérieurement l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle a permis de faire évoluer ces concepts historiques. Les premières études réalisées chez des sujets volontaires sains, ont démontré in vivo la possibilité d’activer les formations hippocampiques et parahippocampiques dans des paradigmes de mémoire visuelle ou verbale, confirmant ainsi les connaissances anatomiques issues des corrélations anatomocliniques mais ont également mis en exergue le rôle joué par d’autres régions cérébrales, notamment préfrontales et pariétales. L’anatomie de la mémoire doit chez le sujet sain s’envisager en termes de circuits corticaux au sein desquels certaines régions, comme les régions temporales médiales, pourraient jouer un rôle déterminant, mais non exclusif. Chez le sujet épileptique, la plasticité de ces circuits qui potentiellement sous-tend les possibilités de récupération fonctionnelle reste à explorer. Mots clés : IRMf, effet BOLD, réorganisation, cartographie cognitive Abstract. Exploration of episodic memory by fonctional imaging: results by adults Historically, the memory was presumed to be subserved by the Papez circuit. Functional imaging, either positron emission tomography or functional MRI, has helped to change this historical concepts. Recent findings have converged on the observation that hippocampal or parahippocampal regions could be consistently activated in verbal or visuospatial memory paradigms. Furthermore, these functional neuroimaging studies have also stressed the importance of the prefrontal and parietal cortical activations in such memory processes. These results show that memory is subserved by a more widely distributed cortical network than expected. The plasticity of these circuits must be now explored in epileptic patients. Key words: fMRI, bold effect, reorganization, cognitive cartography L’IRMf représente un outil d’avenir pour l’exploration préchirurgicale des patients épileptiques. Différents champs d’investigation sont explorés de façon parallèle : la localisation du foyer épileptogène grâce à l’enregistrement combiné de l’EEG sous l’IRMf, la délimitation fonctionnelle des aires sensitives et motrices permettant la planification des résections corticales adjacentes et surtout la localisation de 53 fonctions cognitives telles que le langage ou la mémoire, pouvant représenter une alternative au test de Wada voire même un outil prédictif indépendant du devenir neuropsychologique postopératoire. Dans cet article, nous envisagerons successivement l’apport de l’IRMf dans l’exploration de la mémoire épisodique chez le sujet sain et chez le sujet épileptique. Épilepsies, vol. 18, Numéro spécial, septembre 2006 S. Dupont activation de l’hippocampe postérieur et du gyrus parahippocampique dans une tâche d’encodage de scènes visuelles complexes et une activation de la partie antérieure de l’hippocampe et du subiculum au cours d’une tâche de reconnaissance des figures précédemment encodées. L’hypothèse avancée pour expliquer cette dichotomie postéro-antérieure était que l’encodage de mémoire épisodique nécessitait une distinction du caractère familier ou non du stimulus et que cette distinction faisait appel principalement au cortex parahippocampique, connu pour recevoir de fortes projections des zones visuelles d’intégration. A l’inverse, la tâche de rappel qui faisait appel aux informations stockées dans d’autres zones néocorticales, nécessitait l’activation de l’hippocampe antérieur et surtout du subiculum, principale voie de sortie des informations hippocampiques vers les régions corticales et sous-corticales. Cette dichotomie antéro-postérieure a été retrouvée dans d’autres études IRMf de la littérature (Bernard et al., 2004) mais reste controversée aux vues des résultats d’une méta-analyse TEP donnant des résultats inverses (Lepage et al., 1998). Par ailleurs, les études en IRMf réalisées chez le sujet sain s’intéressent spécifiquement au rôle exact joué par l’hippocampe dans les étapes et processus de la mémorisation et à ce titre, l’hippocampe semble jouer un rôle prépondérant à bien des niveaux : – rôle dans la détection de la nouveauté : l’hippocampe s’activerait spécifiquement dans la détection du caractère non familier des stimuli, étape préliminaire de l’encodage proprement dit ; – rôle dans le rappel conscient des informations (Wheeler et al., 2004) ; – consolidation de la trace mnésique. Mémoire, neuropsychologie et imagerie fonctionnelle Il existe, on le sait, différents types de mémoire sous-tendus par des réseaux neuronaux différents. Il est impossible d’être ici exhaustif et d’envisager successivement l’apport de l’imagerie fonctionnelle dans tous ces différents types de mémoire. Nous nous contenterons donc de l’exemple de la mémoire épisodique, dont le dysfonctionnement est le plus souvent souligné dans l’épilepsie, notamment temporale interne. Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Downloaded by a robot coming from 88.99.165.207 on 24/05/2017. Mémoire chez le sujet sain Hippocampe et mémoire épisodique : vérification et consolidation des données neuropsychologiques Les études en imagerie fonctionnelle ont permis d’attester la réalité et l’importance de l’activation hippocampique dans les systèmes de mémoire épisodique, importance qui avait déjà été suggérée par les données cliniques (patient HM, tests neuropsychologiques) et l’expérimentation animale. C’est initialement dans des paradigmes de mémoire visuospatiale qu’une activation hippocampique a été obtenue de façon reproductible et fiable (Stern et al., 1996). Ultérieurement, des activations hippocampiques ont également été décrites dans des tâches de mémoire verbale. Golby et al. ont clairement démontré la notion de spécialisation hippocampique dans le traitement des informations verbales et visuo-spatiales (Golby et al., 2001) (figure 1). L’hippocampe droit (ou non dominant) est ainsi préférentiellement impliqué dans les tâches de mémoire visuo-spatiale alors que l’hippocampe gauche (ou dominant) intervient préférentiellement dans les processus intéressant la mémoire verbale. Gabrieli et al. ont pour leur part suggéré qu’il existait en outre une implication différentielle des parties antérieures et postérieures de l’hippocampe selon la tâche mnésique réalisée (Gabrieli et al., 1997). Ils avaient ainsi détecté une Imagerie fonctionnelle et mémoire épisodique : ouverture vers le cerveau L’un des principaux apports de l’imagerie fonctionnelle est également d’avoir démontré que la mémoire épisodique ne se réduisait pas qu’au seul système hippocampo-diencéphalique et donc au circuit décrit par Papez dans les années trente, et notamment d’avoir mis l’accent sur le rôle joué par le cortex parahippocampique (au sens général du terme), le lobe frontal et le lobe pariétal dans le fonctionnement de la mémoire épisodique. L’activation du cortex parahippocampique est retrouvée de manière consistante dans la plupart des paradigmes d’IRMf s’intéressant à la mémoire épisodique (Stern et al., 1996). Différentes régions parahippocampiques semblent préférentiellement s’activer : le cortex entorhinal, le cortex périrhinal, voire même le subiculum (Zeineh et al., 2000). Les limites anatomiques de ces activations ont été définies grâce à de nouvelles méthodes d’IRMf utilisant à la fois une IRM à haut champ et une technique sophistiquée de segmentation et déplissage du cortex (Zeineh et al., 2005). Un article récent d’Eldridge et al. (Eldridge et al., 2005) suggère même que seul le subiculum serait activé pendant les phases de rappel alors que le gyrus denté et les champs CA2, CA3 seraient spécifiquement activés pendant l’encodage. Ces constatations rejoignent la théorie de la dichotomie antéro-postérieure hippocampique selon un axe rappel- Figure 1. Activation hippocampique (données personnelles). Épilepsies, vol. 18, Numéro spécial, septembre 2006 54 Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Downloaded by a robot coming from 88.99.165.207 on 24/05/2017. Exploration de la mémoire épisodique par l’imagerie fonctionnelle : données chez l’adulte différentes zones impliquées dans le langage (Binder et al. 1995 ; Binder et al., 1996 ; Thivard et al., 2005). Pour ce qui est de la mémoire, seules quatre études (Deblaere et al., 2005 ; Detre et al., 1998 ; Golby et al., 2002 ; Rabin et al., 2004) se sont intéressées directement au remplacement du test de Wada mémoire par l’IRMf en comparant les résultats des deux procédures chez les mêmes patients souffrant d’épilepsie temporale pharmacorésistante candidats à la chirurgie. Les deux premières études (Detre et al., 1998 ; Golby et al., 2002) réalisées sur de faibles cohortes de patients (respectivement 10 et 9 patients) retrouvaient une bonne concordance entre les deux méthodes avec pour l’IRMf comparée au Wada une sensibilité oscillant entre 90 et 100 % et une spécificité entre 88 % et 100 %. La troisième étude (Rabin et al., 2004) qui a été réalisée sur un plus grand nombre de patients épileptiques (35) montrait une corrélation positive entre les activations temporales médiales et les ratios d’asymétrie obtenus au Wada sur une analyse de groupe, mais les corrélations individuelles n’étaient pas disponibles. La quatrième étude (Deblaere et al., 2005) réalisée elle aussi sur une cohorte plus vaste de 18 patients a retrouvé, quant à elle, des résultats plus discordants avec uniquement une bonne concordance entre le Wada et les activations obtenues en IRMf uniquement pour les patients temporaux droits (n = 10) mais pas pour les gauches. encodage de Gabrieli, 1997). Le rôle joué par le cortex parahippocampique dans les processus de mémorisation demeure plus hypothétique : – passage obligé d’entrée et de sortie pour les informations allant à l’hippocampe ? – rôle propre de stockage des informations ? Pour ce qui est du lobe frontal, les études en tomographie par émission de positons ont été pionnières dans ce domaine et doivent être rapportées ici pour mieux comprendre les résultats obtenus ultérieurement en IRMf. En 1994, Kapur et al. ont étudié en TEP la mémoire épisodique chez 12 sujets volontaires sains (Kapur et al., 1995). Ils ont mis en évidence une activation intense du cortex inférieur préfrontal gauche (aires de Brodmannn 45, 46, 47 et 10) dans la tâche d’encodage et une activation du cortex frontal dorsolatéral droit (aires de Brodmannn 10, 46 et 9) dans la tâche de rappel. Cette asymétrie dans l’activation du cortex préfrontal dans des tâches d’encodage et de rappel de mémoire épisodique a été conceptualisée sous le terme de modèle HERA (Hemispheric encoding/retrieval asymmetry model) (Nyberg et al., 1996). Ce modèle HERA a le mérite d’avoir attiré l’attention sur le rôle joué par le cortex frontal dans les processus de mémorisation même si la dichotomie gauchedroite selon un axe encodage-rappel n’a pas été toujours vérifiée dans la littérature. Néanmoins, la plupart des études en IRMf retrouvent de consistantes activations du cortex préfrontal droit dans les tâches de rappel épisodique. Les explications avancées pour expliquer la mise en jeu du cortex frontal dans les processus de mémorisation épisodique sont multiples et fonction de l’aire frontale concernée (Fletcher et al., 2001) : – rôle de maintien et mise à jour des informations pour le cortex ventrolatéral ; – rôle de sélection, manipulation et contrôle des informations pour le cortex dorsolatéral ; – rôle de sélection des processus, des objectifs à atteindre et des moyens d’y parvenir pour le pôle frontal latéral. Par ailleurs, des activations reproductibles du cortex pariétal gauche et droit et du précunéus ont également été retrouvées dans des tâches d’encodage et de rappel (Konishi et al., 2000). Ces activations sont mises en parallèle avec le rôle connu du cortex pariétal dans la manipulation spatiale des informations et leur sélection qui pourraient constituer une étape importante des processus de mémorisation. Hippocampe et mémoire épisodique : nouvelles hypothèses On le voit donc, au vu des résultats de la littérature, le remplacement du Wada mémoire par l’IRMf n’est pas encore totalement validé. Ce, d’autant plus que se dégage actuellement un courant distinct d’évaluation de la mémoire cherchant à s’affranchir de la comparaison au test de Wada, de plus en plus remis en question (Abou-Khalil et al., 2002). De nombreuses études d’imagerie fonctionnelle s’intéressent actuellement à la valeur prédictive isolée des activations hippocampiques en préopératoire, sans référence au test de Wada. Pour prédire un éventuel déficit mnésique postopératoire, deux données vont alors être prises en compte : la valeur fonctionnelle résiduelle de l’hippocampe épileptique (capacité fonctionnelle), et la valeur fonctionnelle de l’hippocampe controlatéral ainsi que sa capacité à reprendre en charge la fonction défaillante de l’autre hippocampe (réserve fonctionnelle) (Chelune et al., 1995). En clair et de façon logique, si l’hippocampe épileptique que l’on désire enlever chirurgicalement s’active bien en imagerie fonctionnelle, c’est de mauvais pronostic puisque l’on va ôter une structure encore fonctionnellement capable ; si l’hippocampe épileptique que l’on désire enlever chirurgicalement s’active peu ou pas et qu’à l’inverse, l’hippocampe controlatéral s’active, c’est de bon pronostic puisque l’on ôte une structure non fonctionnelle et que la structure paire peut prendre le relais (phénomène de plasticité ?). Ces hypothèses ont déjà été vérifiées en tomographie de positons (Henke et al., 2003) et en IRMf (Richardson et al., 2004). Mémoire chez les patients épileptiques Remplacement du test de Wada Il existe peu d’études d’IRMf ayant exploré la mémoire chez le patient épileptique. Les cartographies cognitives explorent essentiellement le langage et la mémoire et reposent à l’heure actuelle sur le test de Wada considéré comme le « gold standard » en la matière. Des études menées en comparaison directe avec le test de Wada ont montré une concordance des résultats quant à la latéralisation du langage avec en outre en IRMf de nombreuses informations complémentaires sur la localisation précise des Réorganisation des réseaux cortico-hippocampaux : vers la plasticité ? Des études ont été menées sur la réorganisation des réseaux cortico-hippocampiques sous-tendant la mémoire chez les pa55 Épilepsies, vol. 18, Numéro spécial, septembre 2006 Copyright © 2017 John Libbey Eurotext. Downloaded by a robot coming from 88.99.165.207 on 24/05/2017. S. Dupont tients épileptiques souffrant d’une sclérose hippocampique droite ou gauche (Dupont et al., 2000 ; Dupont et al., 2001 ; Dupont et al., 2002). Les résultats ont montré que les patients souffrant d’une épilepsie de la face médiale gauche activaient des réseaux cérébraux qui différent de ceux des témoins principalement en regard du cortex temporo-médial (gyrus parahippocampique et hippocampe) et du cortex préfrontal dorsolatéral ; ces différences dans les patterns d’activations étant censés refléter soit un dysfonctionnement soit une réorganisation des réseaux neuronaux normaux sous-tendant la mémoire. La plasticité hippocampique est à l’heure actuelle encore assez mal évaluée en imagerie fonctionnelle. Les données issues des observations post-opératoires (cf. chapitre correspondant) devraient à l’avenir nous apporter des renseignements pertinents. encoding paradigm in patients with temporal lobe epilepsy--initial experience. Radiology 2005 ; 236 : 996-1003. Detre JA, Maccotta L, King D, et al. Functional MRI lateralization of memory in temporal lobe epilepsy. Neurology 1998 ; 50 : 926-32. Dupont S, Van de Moortele P, Samson S, et al. Episodic memory in left temporal lobe epilepsy : a functional MRI study. Brain 2000 ; 123 : 1722-32. Dupont S, Samson Y, Van de Moortele P, et al. Verbal memory consolidation : a functional MRI study in healthy volunteers and patients with left medial temporal lobe epilepsy. Neuroimage 2001 ; 14 : 995-1003. Dupont S, Samson Y, Van de Moortele P, et al. Bilateral hippocampal dysfunction evidence in unilateral medial temporal lobe epilepsy. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2002 ; 73 : 478-85. Eldridge L, Engel S, Zeineh M, Bookheimer S, Knowlton B. 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Comment être certain que les circuits visualisés correspondent bien à la tâche réalisée ? Comment contrôler l’efficience de la tâche et les tâches intercurrentes? Quel lien entre le degré d’activation et le degré d’efficience de la tâche effectuée ? Quel lien dynamique et temporel entre les régions cérébrales activées ? Quid des zones désactivées pendant ces tâches ? Des protocoles d’imagerie et des techniques d’analyse de plus en plus complexes élaborés en collaboration avec les neuropsychologues et les méthodologistes tentent de répondre à ces questions. Gageons que dans l’avenir, les deux approches neuropsychologiques et fonctionnelles sauront se compléter et s’enrichir mutuellement. M Golby A, Poldrack R, Brewer J, et al. Material-specific lateralization in the medial temporal lobe and prefrontal cortex during memory encoding. Brain 2001 ; 124 : 1841-54. Golby A, Poldrack R, Illes J, Chen D, Desmond J, Gabrieli J. 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