IRMf - Université de Sherbrooke

Étude combinée
électroencéphalographie (EEG)Imagerie par Résonance Magnétique
fonctionnelle (IRMf)
par
Caroline Lacroix, R4 en Radiologie Diagnostique
Dr Kevin Whittingstall, Ph.D.
Plan de la présentation
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Mise en contexte – perspective clinique
Question de recherche
Méthode
Analyses
Résultats
Discussion
Conclusion
Mise en contexte
• Chez les patients atteints d’épilepsie temporale réfractaire au
traitement médical (i.e. qu’il y a eu échec à deux médicaments bien tolérés et
choisis de façon appropriée chez ce patient), une approche chirurgicale, qui
consiste en la résection du lobe temporal antérieur, peut être
envisagée chez certains patients.
• Cette intervention chirurgicale peut être curative chez jusqu’à 6090% de ces cas.
Mise en contexte
• Risque de la procédure : perte de mémoire, puisque les structures
mésiotemporales (hippocampe, gyrus parahippocampique,
amygdale) contribuent significativement à cette fonction.
• Lobe temporal médian (LTM) droit : mémoire visuospatiale, non verbale
• LTM gauche : mémoire verbale
• L’évaluation préalable de la fonction cérébrale du lobe temporal
médian est alors nécessaire pour prédire cette perte de mémoire,
afin d’évaluer les risques de la procédure versus les bénéfices
escomptés.
Mise en contexte
• Outils d’évaluation pour prédire la perte de mémoire postopératoire :
– tests neuropsychologiques
– imagerie conventionnelle : présence de dommages structuraux aux
structures mésiotemporales
– test Wada :
• injection d’un agent anesthésique, classiquement l’amobarbital sodique, dans la
carotide interne du côté que l’on veut anesthésier (simule la chirurgie envisagée) ;
permet d’évaluer l’hémisphère dominant pour une fonction cérébrale donnée (langage,
mémoire, etc)
• méthode invasive, évalue la fonction de tout l’hémisphère choisi (évaluation non
spécifique de la mémoire)
• variantes anatomiques de la vascularisation des structures étudiées de même que la
vascularisation croisée (via le polygone de Willis) peut influencer les résultats cliniques
• problèmes éthiques des effets secondaires immédiats et à +/- moyen terme de l’agent
utilisé… (actuellement, ne serait plus utilisé)
Mise en contexte
• Outils d’évaluation pour prédire perte de mémoire post-opératoire :
– IMRf :
• méthode non invasive, facilement répétable au besoin
• peu coûteux
• peut aussi servir à apporter des arguments/informations supplémentaires
pour déterminer la latéralisation/localisation du point de départ
épileptogène lorsque le reste des évaluations réalisées se contredisent
• L’IRMf est donc en voie de devenir un bon outil d’évaluation dans ce
contexte.
Mise en contexte
• Cependant, certains patients présentent des contre-indications à cet examen :
– claustrophobie
– stimulateur cardiaque
– neurostimulateur
– corps étranger métallique intraoculaire
– implants cochléaires
– certains clips chirurgicaux ex : anévrismes intracrâniens
– etc.
• Accessibilité de l’IRMf…
Question de recherche
• Objectif :
– Valider une tâche simple à l’EEG, qui permet d’évaluer la mémoire,
pour évaluer la fonction/l’intégrité des régions concernées
• Existe-t-il une corrélation fiable et reproductible entre les modifications
démontrées à l’EEG et les observations faites à l’IRMf, qui nous
permettrait de prédire, avec la réponse à l’EEG, la réponse à l’IRMf, lors de
la réalisation du Roland’s hometown walking task?
(activation de la mémoire visuospatiale, non verbale, active les structures mésiotemporales
de façon symétrique chez les sujets sains)
Méthode
• Notre étude a été effectuée chez des sujets sains
–
–
–
–
Universitaires
N = 13, âgés entre 21 et 30 ans (moyenne : 24 ans)
Hommes : 12
Femmes : 1
• Étude combinée EEG-IRMf
Pendant la même journée, chacun des sujets a fait les 2 examens :
– EEG :
• environnement contrôlé : bureau sombre, sans stimulus sonore ou visuel
• casque 64 électrodes, avec une électrode supplémentaire pour évaluer mouvements
oculaires
• Logiciel d’enregistrement EEG : Brain Products
– IRMf :
• IRM 1.5T de marque Siemens
• Traitement des informations : logiciel Afni
Méthode
• Étude combinée EEG-IRMf
– État de base : Décompte mental à rebours à partir de 100
(permet d’uniformiser l’état de base entre les patients versus le « repos » seul)
– Tâche : Roland’s hometown walking task
• Effectuer mentalement un trajet à la marche à travers sa ville natale (ou la plus
récemment habitée - la mieux connue), en se remémorant l’environnement de
ce trajet de façon la plus précise possible
– Yeux fermés pendant la tâche et l’état de base
– En alternance, 30 secondes entre les changements, pendant 3,5 minutes,
retour à l’« état de base » pendant toute la dernière minute
– Chronométrage manuel
– Commandes verbales (non informatisées) pour que le patient alterne entre
l’état de base et la tâche : « ligne de base », « mémoire »
Analyses
• Réponse EEG : EEG lors de la tâche – EEG de l’état de base
• Réponse IRMf : lors de la tâche – lors de l’état de base
• Évaluer la corrélation entre la moyenne de la réponse EEG des
électrodes qui ont démontré un changement et la réponse
obtenue à l’IRMf
• Les mêmes analyses ont été refaites en évaluant les électrodes
(qui ont démontré un changement) de façon individuelle
• Tests statistiques : test t de Student
• p : < 0,01 (corrigé)
Résultats
↓ activité dans la bande de fréquence bêta (≈ 15-20 Hz) lors de la tâche
Résultats
Le couplage EEG-signal BOLD à l’IRMf est le mieux décrit par l’activité dans 2
bandes de fréquence :
- gamma
- bêta
L’activité dans la bande de fréquence bêta a été démontrée comme contribuant
de façon indépendante au signal BOLD à l’IRMf.
L’activité dans la bande de fréquence bêta médie le plus probablement le
maintien du statut quo et la « suppression/inhibition de l’activité cérébrale » (topdown cognitive control).
La ↓ dans l’activité bêta reflèterait donc :
- des changements dans un système qui effectue la transition du mode
« default » à l’état d’activation.
⇒ ↓ bêta ⇒ ↑ BOLD signal à l’IRMf
Résultats
↑ signal BOLD à l’IRMf au niveau : BA6, BA7 (précuneus), gyrus occipital médian,
cortex gyrus cingulaire postérieur, gyrus parahippocampique, cervelet
Résultats
Corrélation entre la réponse à l’EEG et les trouvailles à l’IRMf : très faible.
Coefficient de corrélation = 0,03.
Résultats- Discussion
Les résultats observés à l’EEG ne permettent donc pas de prédire adéquatement
la réponse obtenue à l’IRMf.
Pourquoi?
Variations observées entre les individus dans l’amplitude de la réponse EEG
pourraient s’expliquer notamment par :
- activité dans la bande de fréquence bêta à l’état de base
⇒ peut varier en fonction du nombre et de l’orientation des neurones
contribuant à l’activité ⇒ sensibilité de l’EEG à la structure de la région
⇒ une plus grande activité de base permettrait une plus grande diminution
absolue
- ? sensibilité de l’EEG? – limitation de la technique?
L’EEG et l’IRMf n’évaluent pas les mêmes paramètres.
Résultats- Discussion
EEG :
– on mesure le voltage (différence de potentiel) entre 2 électrodes (celle étudiée et celle de référence, qui
est dite “inactive”)
– évalue l’activité électrique du cerveau, qui représenterait principalement les potentiels synaptiques au
niveau des dendrites des cellules corticales pyramidales (retrouvées au niveau du cortex, de l’hippocampe,
de l’amygdale)
– Une augmentation de la réponse EEG peut traduire :
• augmentation du nombre de neurones actifs qui déchargent de façon asynchrone
• synchronisme accentué des décharges d’une population fixe de neurones *(n’implique pas
nécessairement une augmentation de la demande métabolique)*
BOLD IRMf :
– basé sur la mesure de la réponse hémodynamique à un stimulus ; utilise les propriétés magnétiques
différentes entre l’oxyHb et la déoxyHb ⇒ ↑ signal dans les régions activées
–↑ rCBF (flot sanguin cérébral régional) ⇒ ↑ demande d’apport sanguin
• ↑ de la dépense énergétique / consommation d’oxygène
• reflète principalement la demande métabolique et donc le nombre de neurones actifs au sein d’une
population donnée
• les signaux obtenus refléteraient donc indirectement l’activité neuronale sous-jacente.
Résultats
Est-ce qu’une autre variable pourrait bien prédire la réponse à l’EEG?
La densité de la matière blanche (WMD) est corrélée, de façon significative, à la réponse EEG (↑ de la WMD
= plus grande ↓ de l’activité bêta). Coefficient de corrélation = - 0,75
Discussion
•
La densité de la matière blanche (WMD) est corrélée, de façon significative, à la
réponse EEG (↑ de la WMD ⇒ plus grande ↓ de l’activité bêta).
•
↑ de la WMD ne signifie pas nécessairement ↑ de la quantité de neurones
•
pourrait signer par contre des différences
– dans la quantité de connections neuronales
– dans la quantité/qualité (?) de la myélinisation des régions concernées
•
D’un point de vue pratique :
– ↑ connections actives ⇒ ↑ signal EEG
– ↑ myéline (meilleure isolation) favorise meilleure conductibilité (↑ la vitesse de conduction, diminue la
perte d’intensité du signal électrique lors de la transmission)
⇒ ↑ signal EEG
•
D’où : variabilité de la densité de la matière blanche au sein d’un groupe de sujets
« normaux » aurait une influence sur les résultats obtenus à une étude EEG ;
sensibilité significative de l’EEG à la structure de la région évaluée.
Conclusion
•
Notre étude a été réalisée chez une population assez homogène, composée de :
– Sujets jeunes
– Universitaires
– Sains, à priori normaux
•
La réponse EEG ne peut pas prédire la réponse à l’IRMf lors de l’exécution de la
tâche du Roland’s hometown walking task.
•
Quelle que soit l’explication sous-jacente, nous avons observé une variabilité
significative dans la densité de la matière blanche des régions étudiées chez nos
sujets (« normaux »).
•
D’un point de vue pratique, la densité de la matière blanche est corrélée à la
réponse EEG, ce qui veut dire que :
même au sein d’une population « normale »,
cette variable peut influencer de façon significative les résultats d’une étude EEG.
Remerciements
• Michael Bernier, MSc
(assistant de recherche)
• Équipe IRMf – technologues d’IRM
Bibliographie
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