Apport de l’IRM à la caractérisation du MCI

ARTICLE

Auteur(s) : Caroline Baclet-Roussel^1,2, Joël Ankri², Anne-Marie Ergis¹

¹Laboratoire de psychopathologie et de neuropsychologie cliniques EA 4057, Institut de psychologie, Université Paris Descartes, Boulogne Billancourt
²Laboratoire Santé et vieillissement, EA 2506, UVSQ, Centre de gérontologie, Hôpital Sainte Périne, APHP, Paris

La pratique de l’imagerie cérébrale dans le champ de la maladie d’Alzheimer a longtemps été limitée au scanner encéphalique avec pour objectif de contribuer au diagnostic en permettant d’exclure d’autres causes de démences. Avec l’émergence de l’imagerie par résonance magnétique (IRM), la contribution de cet examen au diagnostic des maladies neurodégénératives est devenue essentielle. En effet, dans ses dernières recommandations concernant le diagnostic de la maladie d’Alzheimer (MA) et des maladies apparentées, la Haute autorité de santé (HAS) [1] préconise de façon systématique la pratique d’une IRM. Cette imagerie n’a pas uniquement pour objectif l’élimination d’autres causes pouvant expliquer la symptomatologie, mais de permettre d’objectiver une atrophie avec une cible spécifique : la région hippocampique.

Porter précocement le diagnostic de MA, avant l’apparition du syndrome démentiel, est devenu un enjeu de première ligne et les travaux se sont concentrés, depuis une quinzaine d’années, sur les sujets âgés présentant un tableau de Mild cognitive impairment (MCI) (Trouble cognitif léger). Bien qu’actuellement très controversé, le concept de MCI, tel que Petersen l’a défini en 1995 [2] puis révisé en 2004 [3], a permis de synthétiser et clarifier les différentes tentatives de classification des modifications cognitives qui surviennent dans la « zone intermédiaire » entre vieillissement cérébral normal et pathologique. La définition, qu’il a proposée, purement clinique, comporte : 1) une plainte cognitive exprimée par le sujet ou rapportée par une personne de son entourage, traduisant une baisse subjective du fonctionnement de sa mémoire ; 2) cette baisse doit être objectivée par un déficit à des tests de mémoire, déficit défini par un score inférieur à 1,5 écart type en dessous de la moyenne obtenue par des sujets d’âge et de niveau culturel comparables ; 3) cette altération de la mémoire doit rester isolée et, en particulier, le fonctionnement cognitif global doit être strictement préservé ; 4) il en est de même pour les activités de la vie quotidienne puisque les critères précisent que leur intégrité est requise, même s’il est stipulé qu’une discrète diminution dans ce champ peut être observée.

Il est maintenant bien reconnu qu’un déclin des fonctions cognitives est objectivable plusieurs années avant que les sujets ne répondent aux critères internationaux de MA probable [4]. De même, le développement des techniques d’imagerie cérébrale a permis de mettre en évidence des modifications cérébrales précoces, structurelles et fonctionnelles, liées à l’évolution des pathologies neurodégénératives. La réunion d’un groupe d’experts sur le MCI qui s’est tenue en 2003 [5] a proposé une extension des critères de Petersen, différenciant ainsi des sous-types de MCI en fonction de la présentation clinique : les MCI « domaine unique » pour lesquels le déficit peut concerner la mémoire (MCI amnésique) ou un autre secteur cognitif (MCI non amnésique) et les MCI « multidomaines » avec ou sans troubles de la mémoire à long-terme.

Le risque pour les sujets MCI d’évoluer vers une maladie d’Alzheimer est élevé : le taux de conversion annuel des MCI vers la MA est d’environ 25 à 30 % selon les études et le processus concerne en majorité les MCI de type amnésique [6, 7]. Néanmoins, ce chiffre est probablement surestimé car un certain nombre de travaux incluent dans leurs groupes de MCI des patients répondant déjà aux critères de MA très débutante probable. Par ailleurs, s’il existe également un risque de progression vers un autre type de démence, il faut rappeler qu’une certaine proportion de sujets MCI reste stable, certains recouvrant même des performances normales [8].

Les diverses techniques d’imagerie dont on dispose à l’heure actuelle se définissent en fonction du type de signal enregistré. Un très grand nombre de recherches dans le domaine du MCI, parmi les plus récentes, sont réalisées au moyen d’imagerie par résonance magnétique (IRM). Il est donc intéressant de faire le point sur l’avancée des travaux, cette technique devenant un outil diagnostique de plus en plus puissant. D’autres méthodes d’imagerie fournissent des indices importants pour la compréhension des modifications cérébrales lors de l’installation et de l’évolution de pathologies neurodégénératives, notamment celles qui utilisent des traceurs radioactifs afin d’étudier le métabolisme et le débit sanguin cérébral (tomographie par émission de positons (TEP ou PET-scan) ; tomographie monophonique, (TMP ou SPECT)), ou encore pour visualiser certaines lésions caractéristiques comme les plaques bêta-amyloïdes (PIB). Cette synthèse se limite toutefois à une revue des travaux réalisés en IRM. Malgré cette limitation, une telle revue de la littérature se heurte à un certain nombre d’obstacles en raison de la variété des méthodologies utilisées dans les recherches. Les principales différences constatées entre les travaux concernent la puissance des appareils d’imagerie employés, le mode de traitement des données, les critères utilisés et les tests neuropsychologiques pratiqués afin de définir le type de MCI des sujets participant aux études. Autant de différences rencontrées dans les travaux publiés qui rendent difficile la comparaison de leurs résultats.

L’IRM repose sur les propriétés magnétiques que possèdent les noyaux des atomes et s’intéresse spécialement aux atomes d’hydrogènes puisqu’ils sont en abondance dans le corps en général et dans le cerveau en particulier. Cinq grands types d’IRM sont utilisés, selon ce que cette technique s’attache à décrire : l’IRM morphologique détermine le volume de différentes régions, l’IRM fonctionnelle caractérise l’activation de régions spécifiques au cours de la réalisation de certains types de tâches, l’IRM de diffusion évalue les modifications de la microstructure cérébrale à travers les mesures de diffusion de l’eau, l’IRM de perfusion étudie le débit sanguin cérébral et enfin la spectroscopie IRM détermine la présence et la concentration d’un certain nombre de métabolites (tableau 1).

IRM structurelle ou morphologique

IRM, vieillissement normal et risque d’évolution vers le MCI

Certaines modifications morphologiques semblent cependant annoncer une évolution pathologique. Des travaux ont ainsi pu montrer une réduction significative du volume des lobes temporaux médians antérieurs et du gyrus angulaire gauche chez des personnes exemptes de tout symptôme cognitif, mais qui seront diagnostiquées MCI de type amnésique 4 ans plus tard en moyenne [15]. Plus récemment, ces résultats ont été confirmés par une étude de Duara et al. [16] qui a mis en évidence une corrélation entre l’augmentation de l’atrophie de la région temporale et le déclin cognitif des sujets âgés allant de normaux à MCI amnésiques puis déments de type Alzheimer. La mesure de l’atrophie temporale médiane constituerait donc un outil important permettant de distinguer les sujets âgés sans trouble cognitif des sujets présentant un MCI amnésique débutant.

Tableau 1 Synthèse des techniques d’IRM et résultats cités dans cette revue.Table 1. Overview of the principal MRI technics and results referenced in this review.

IRM et MCI

Études en « régions d’intérêt »

Très récemment, dans la lignée de ces résultats, une étude menée par Desikan [20] confirme que c’est la mesure du volume du cortex entorhinal qui permet de prédire le mieux la progression vers une MA. En revanche, la baisse du volume hippocampique permet de distinguer les sujets MCI des sujets âgés normaux [21].

D’autres structures cérébrales ont aussi fait l’objet d’études dans le cadre du MCI.

Des travaux ont en effet porté sur les ventricules cérébraux et la corne temporale [22]. Les mesures volumétriques ont montré une augmentation significative de ces structures chez les patients présentant une MA par rapport aux normaux et MCI dans des travaux qui ne font pas de distinction concernant les sous-types de MCI.

Un certain nombre de travaux [23, 24], au moyen de l’IRM avec traitement automatisé, ont révélé un amincissement de l’épaisseur du cortex chez des MCI avec troubles isolés de la mémoire, par rapport à des sujets âgés normaux. Cette diminution de l’épaisseur corticale est particulièrement marquée dans la région temporale médiane, à proximité de l’emplacement du cortex entorhinal. Cependant, des différences apparaissent aussi au niveau d’autres régions (zones associatives préfrontales, partie supérieure des lobes pariétaux) et l’amincissement est retrouvé globalement plus prononcé dans l’hémisphère gauche. C’est dans cet axe de recherche que se situe le travail très récemment publié par Querbes et al. [25]. Cette équipe a confirmé l’amincissement du cortex avec l’âge. Mais surtout, elle a retrouvé une diminution significative de l’épaisseur corticale chez les sujets MCI amnésiques qui ont évolué vers une MA. Les régions concernées sont les zones temporale latérale gauche et médiane droite ainsi que cingulaire postérieure droite. Les résultats obtenus permettent aux auteurs de conclure que l’indice d’amincissement cortical, dans ces régions, permet de prédire, avec une bonne validité, les sujets qui évolueront vers la MA, en moyenne 2 ans avant que les critères de la maladie ne soient remplis. Mais ce travail met en évidence qu’à niveau de performances cognitives égales, les sujets MCI de haut niveau d’études ont un cortex plus fin que ceux de plus bas niveau. Ce constat est en faveur de l’hypothèse de la « réserve cognitive », hypothèse selon laquelle les différences individuelles au niveau des processus cognitifs ou des réseaux neuronaux qui sous-tendent les performances à une tâche donnée permettent à certains sujets de mieux « résister » que d’autres aux atteintes cérébrales [26]. Ainsi, les sujets MCI de haut niveau, disposant d’une meilleure réserve cognitive que ceux de niveau plus faible, masqueraient les premiers signes de déficit cognitif. Ces résultats renforcent donc l’idée que l’évaluation clinique seule n’est pas suffisante pour la détection des troubles très débutants car elle ne peut traduire la réalité de la pathologie sous-jacente. La mesure de l’épaisseur corticale ne dépend pas de la réserve cognitive.

Morphométrie voxel par voxel

En considérant la mesure du volume global de la substance grise (SG), aucune différence significative entre les sujets âgés sains, MCI et MA n’a pu être montrée. En revanche, en se centrant sur le lobe temporal médian (hippocampe, gyrus hippocampique, amygdale), une différence de volume apparaît entre les MCI et les sujets contrôles. Enfin, une baisse de volume des cortex associatifs pariétal et pariétal supérieur est observée chez les patients MA par rapport aux MCI amnésiques [27, 28]. Des résultats comparables ont été obtenus quant au volume de la substance blanche (SB) [29]. Cela tend à prouver que le déclin mnésique est le fait de modifications conjointes du cortex et de la SB, provoquant une déconnexion partielle des structures hippocampiques des systèmes permettant l’entrée d’informations.

IRM et évolution du MCI

Cependant, tous les travaux n’ont pas observé cette atrophie et certaines recherches aboutissent à la conclusion que la mesure du volume total du cerveau et des ventricules a un meilleur pouvoir prédictif du risque d’évolution des MCI vers la MA. [33]. Sans remettre en question l’intérêt de la mesure des régions temporales médianes, d’autres mesures en IRM peuvent donc constituer des éléments intéressants pour la prédiction de l’évolution vers la MA. Notamment, certains travaux récents soulignent le caractère particulièrement intéressant des modifications du volume ventriculaire. L’étude de Carlson [34] fait ressortir que l’augmentation annuelle du volume ventriculaire est plus rapide chez les sujets qui vont développer ultérieurement des troubles cognitifs que chez ceux qui resteront cognitivement sains, suggérant ainsi que c’est davantage le rythme des modifications qui constitue un élément important, plutôt que l’augmentation du volume en valeur absolue.

Certains travaux viennent toutefois relativiser la portée des techniques de volumétrie dans la capacité à prédire la conversion des MCI en maladie d’Alzheimer. Une étude menée par Fleisher [35] a montré, en effet, que les données cliniques et, en particulier, la combinaison de certaines mesures du fonctionnement cognitif (ADAS cog, rappel à long terme d’une liste de mots et de récit, épreuve d’attention sélective) offraient une prédiction plus précise du risque de conversion vers la MA que les données de l’imagerie.

Comme cela a été mentionné plus haut, comparer directement les résultats obtenus par divers travaux publiés est cependant parfois très difficile compte tenu des différences manifestes d’une étude à l’autre en termes de populations, de critères et d’épreuves utilisées dans la détection des troubles cognitifs, de degré de sévérité et d’atteinte des patients étiquetés MCI, mais également en termes de techniques d’acquisition en IRM et de modalités de traitement des images.

Quoi qu’il en soit, les apports déjà considérables de l’IRM dans l’approche morphologique du cerveau n’en sont qu’à leurs débuts. En effet, la quasi-totalité des travaux jusqu’ici réalisés utilisent des machines produisant des champs magnétiques de 1,5 à 3 teslas. Mais grâce à des appareils d’IRM d’une puissance de 7 teslas et plus, les premières études à très haute résolution commencent à voir le jour [36] et dans un avenir proche permettront certainement d’observer les changements encore actuellement imperceptibles dans les hippocampes et dans bien d’autres structures cérébrales.

IRM fonctionnelle (IRMf)

Les troubles mnésiques étant inauguraux dans la MA, de nombreux chercheurs ont étudié l’activation cérébrale de patients atteints de perturbations mnésiques lors de la réalisation de tâches de mémoire et d’identifier, par cette méthode, les anomalies du fonctionnement de régions cérébrales précises.

Le lobe temporal médian (MTL) est certainement, à l’heure actuelle, la région la plus étudiée en IRMf dans le champ de la MA et du MCI. L’ensemble des travaux en IRMf réalisés à ce jour a mis en évidence une diminution significative de l’activation des régions temporales médianes pendant différentes tâches de mémoire, chez les patients MA par comparaison avec des sujets âgés sains.

Les tâches de mémoire épisodique utilisées dans ces travaux ont permis d’observer l’activité cérébrale pendant les processus d’encodage et de restitution de l’information. Ainsi, au cours de tâches d’encodage, certains auteurs ont constaté une baisse de l’activation dans les hippocampes et les régions parahippocampiques chez des patients MA comparés aux contrôles [37]. D’autres, plus globalement, l’ont observée dans les lobes temporaux et le MTL [38]. En parallèle de cette diminution d’activation, il a pu être mis en évidence une augmentation de l’activation dans d’autres régions et en particulier dans la zone préfrontale [39]. Ces résultats suggèrent que des régions qui ne sont pas typiquement dévolues à des processus mnésiques peuvent être recrutées pendant la réalisation d’une tâche particulière de mémoire chez des patients atteints de MA.

Chez les MCI, les résultats des études ne sont pas toujours aussi homogènes. Certaines rapportent une hyperactivation du MTL pendant l’encodage de tâches mnésiques chez des sujets MCI comparés à des sujets âgés sains et à des patients MA [38, 40], alors que d’autres n’ont pas mis en évidence cette augmentation d’activation [41-43].

La variabilité des données obtenues d’une étude à l’autre chez les MCI en IRMf est très certainement le fait de plusieurs facteurs : l’hétérogénéité des tâches mnésiques utilisées, des méthodes d’analyse des signaux et des populations recrutées. Enfin, les travaux diffèrent quant au degré de sévérité de l’atteinte cognitive des patients MCI, ce qui a un impact sur leur capacité à réaliser les paradigmes proposés lors de l’examen en IRMf. Il apparaît chez les sujets MCI, au terme de certaines recherches, une corrélation nette entre le degré de sévérité des perturbations cliniques et l’ampleur de l’activation mesurée au niveau des deux hippocampes. Ainsi, de façon paradoxale, plus les patients sont altérés au plan clinique, plus la mesure de l’activation dans ces régions est importante, mais ce jusqu’à un certain point. C’est ce que confirme le travail de Celone et al. [37] qui ont étudié des patients atteints de MA et deux groupes de MCI : un groupe de MCI très légers et un second groupe de MCI significativement plus déficitaires cliniquement. Cette distinction entre les 2 groupes de MCI a été réalisée au moyen des sous-scores obtenus aux 6 domaines évalués par l’échelle clinique de démence de Morris (Clinical dementia rating scale ou CDR) qui permettent l’obtention d’un indice (Sum of the boxes ou CDR-SB), plus précis sur l’aspect quantitatif des déficits fonctionnels que ne l’est le score global de cette échelle. Ainsi, les MCI légers et ceux du groupe plus déficitaire avaient tous un score global à la CDR égal à 0,5 mais les légers obtenaient entre 0,5 et 1,5 au score CDR-SB alors que les plus altérés se situaient entre 2,0 et 3,5. Les résultats montrent une hyperactivation du MLT chez les MCI légers et une hypoactivation de cette même région chez les plus déficients, tout comme chez les patients MA et ce, même après correction par le volume hippocampique.

Ces données semblent confirmer l’hypothèse que la phase d’hyperactivation du MLT chez les MCI reflète un processus dynamique : elle constituerait une réponse de type compensatoire aux dommages produits par les lésions neuropathologiques présentes très tôt dans le cours de la MA. Cette interprétation est renforcée par le constat que certains patients MCI avec une nette atrophie hippocampique obtiennent des scores similaires aux tâches de mémoire que ceux qui présentent une atrophie moins importante. Ces résultats suggèrent donc que les processus physiopathologiques qui sont à l’œuvre très tôt dans l’évolution de la MA endommagent les réseaux neuronaux de la mémoire. Après une première période d’augmentation de l’activation des hippocampes à des fins compensatrices, on assiste à une perte progressive de cette activation à mesure que les lésions progressent et ce jusqu’à une hypoactivation dans la MA. Ce constat renforce l’idée du lien qui existe entre ces anomalies et les autres perturbations cérébrales, notamment des perturbations dans la désactivation et des ruptures de connexions dans ces régions [37, 44].

IRM de diffusion

Dans le vieillissement normal, il existe une augmentation de la diffusion dans l’ensemble du cerveau, plus ou moins importante en fonction des régions étudiées [45-47], données compatibles avec l’idée que le vieillissement cérébral s’accompagne d’une perte neuronale progressive et d’une lente diminution de la matière cérébrale.

Les travaux réalisés au moyen de l’IRM de diffusion dans ce domaine se sont vraiment développés depuis environ 10 ans, mais ils ont abouti à des résultats parfois contradictoires. Ainsi, certaines études comparant les coefficients de diffusion de patients avec MA à ceux de sujets contrôles n’ont pas mis en évidence de différence significative entre les groupes étudiés, en particulier dans la zone hippocampique [48]. À l’inverse, d’autres études ont rapporté une sensible augmentation de l’ADC hippocampique chez des patients atteints de MA [49] et chez des patients MCI [50] comparés à des sujets contrôles. Cette élévation refléterait les changements structuraux précocement présents chez les sujets qui évolueront vers une MA.

D’autres travaux centrés sur l’étude des modifications à un stade prédémentiel ont confirmé ces résultats. Ils ont, de plus, retrouvé une corrélation négative entre l’ADC et les mesures de volumétrie dans les hippocampes chez les MCI [51], montrant l’intérêt du couplage de plusieurs techniques d’IRM.

Par ailleurs, l’augmentation de l’ADC dans les lobes temporaux paraît corrélée à la sévérité des déficits mnésiques en mémoire à long terme [52]. L’augmentation de cet indice dans les autres régions cérébrales n’a pas été systématiquement retrouvée [53, 54].

La technique d’IRM en tenseur de diffusion, qui utilise la propriété d’anisotropie des molécules d’eau dans les tissus, s’attache au calcul des propriétés de l’écoulement de l’eau, soient les caractéristiques tensorielles de la diffusion. Deux indices sont alors calculés en plus de l’ADC : la fraction d’anisotropie (FA) et le taux relatif d’anisotropie (TRA). Utilisée en régions d’intérêt, cette technique a permis de préciser certaines données dans le cas des pathologies neurodégénératives et de confirmer des hypothèses.

Dans le cas de la MA, l’hypothèse selon laquelle la désorganisation de la SB devrait se traduire par une perte de l’anisotropie a été vérifiée : dans les régions temporales, on a observé une augmentation de la diffusivité et donc de l’ADC [55-58]. En parallèle, une diminution de la FA et du TRA dans ces mêmes régions a souvent été observée. Cette baisse des indices d’anisotropie s’étend aux régions pariétales, frontales, occipitales [55] ainsi qu’au splénium du corps calleux [58].

Dans le cas du MCI, il semblait cohérent de supposer que des modifications de la microstructure cérébrale étaient déjà présentes et produisaient des effets mesurables. Jusqu’à une période récente, les travaux réalisés ne fournissaient pas de données concordantes. Mais certaines données ont pu être affinées. Ainsi, une augmentation de l’ADC de la substance blanche des lobes temporaux a été confirmée chez les MCI [59, 60]. Cet accroissement a été retrouvé dans l’hippocampe gauche [61] et se révélait très corrélé aux changements constatés dans le cortex, particulièrement en ce qui concerne l’épaisseur corticale de ces mêmes régions [62].

Les données de diffusion peuvent être traitées par des logiciels de tractographie (ou tracking de fibre). Ce traitement permet de reconstituer le trajet de faisceaux de fibres dans la SB et d’en donner une image en 3D [63]. Les régions d’intérêt sont donc ici les voies de communication entre les structures cérébrales [64, 65].

Les études effectuées, encore peu nombreuses, s’accordent à montrer la pertinence de cette technique pour la détection des anomalies microstructurales à des stades précoces des maladies neurodégénératives. Chez les patients MA, des anomalies de la diffusion aux deux extrémités du faisceau unciné (FU) – qui relie les gyri frontaux avec le lobe temporal à proximité de la région hippocampique - ainsi que dans le faisceau occipito-frontal inférieur gauche, ont été mises en évidence [66]. Ces résultats tendent à montrer que la fraction d’anisotropie dans le FU traduit la progression des lésions histopathologiques par le biais de cette voie neuronale. Cette valeur serait donc un outil pertinent à utiliser comme biomarqueur de l’évolution de la MA. À ce jour, aucun résultat n’est disponible, au moyen de la tractographie, concernant le MCI.

Imagerie de perfusion en IRM

Les recherches menées dans ce domaine ont pu mettre en évidence une diminution significative de la perfusion chez les patients atteints de MA comparés à des sujets contrôles dans le cortex associatif pariétal droit et dans le gyrus cingulaire postérieur bilatéral [67], ce que les études réalisées en TEP et TMP avaient antérieurement observé.

Dans le cas de sujets présentant des troubles cognitifs légers, c’est la région du lobe pariétal inférieur qui est pointée par ce même travail qui montre une baisse significative de la perfusion par rapport aux sujets sains. Les sujets MCI se différenciaient des patients MA par une meilleure perfusion dans les gyri cingulaires postérieurs bilatéraux et les régions pariétales inférieures en particulier.

Plusieurs travaux ont permis d’affiner ces résultats et ont montré que le profil d’hypoperfusion permettait de différencier les sujets MCI amnésiques stables de ceux qui étaient en phase de conversion vers la démence. En effet, elle est particulièrement prononcée dans les cortex cingulaires postérieur et/ou antérieur, temporal médian et hippocampique chez les sujets en phase de conversion vers la MA [68]. Les caractéristiques dynamiques de la perfusion ont même été étudiées récemment [69] : les mesures de débit sanguin cérébral ont pu être réalisées chez des sujets MCI amnésiques pendant la réalisation d’une tâche cognitive consistant en une épreuve d’encodage mnésique. Les résultats montrent une augmentation significative d’environ 23 % du débit sanguin dans les zones parahippocampiques droites chez les sujets normaux, ce qui n’était pas retrouvé chez les MCI amnésiques. Les auteurs concluent que les sujets âgés normaux montrent une capacité préservée de moduler leur débit sanguin lorsqu’ils sont engagés dans une tâche mnésique, ce que les sujets MCI amnésiques ne peuvent plus faire.

Spectroscopie par résonance magnétique

Dès la fin des années 1990, une baisse du NAA dans les hippocampes des patients MA et des MCI a été constatée au regard des valeurs obtenues chez les contrôles ; de même, une augmentation du ml dans ces mêmes régions a pu être observée chez les patients cognitivement déficitaires [70, 71]. De plus, l’étude des rapports de concentration NAA/Cr et NAA/ml a montré des différences significatives entre les différents types de MCI et les patients déments [72].

Enfin, l’intérêt de la SRM dans la prédiction du risque de conversion des MCI en MA a été mis en évidence. Le rapport de concentration NAA/Cr dans le gyrus cingulaire postérieur constitue en effet un très bon facteur prédictif de conversion [72].

En outre, un travail très récent [52] a constaté une baisse du rapport NAA/Cr et une augmentation du rapport ml/Cr dans les deux hippocampes et dans le SB de la région temporo-pariétale des patients atteints de MA comparés aux contrôles.

Ces rapports pourraient donc être considérés comme de bons marqueurs de la progression vers la MA dès le stade précoce.

Ces données semblent en accord avec ce que l’on sait des modifications physiopathologiques qui ont lieu au cours de l’évolution de la MA : la baisse du NAA serait le reflet de la perte neuronale mais également du dysfonctionnement neuronal, l’augmentation de la Cr signerait l’existence d’un phénomène inflammatoire à l’œuvre dans les cellules gliales.

Conclusion

La région temporale médiane avec, en particulier, les structures hippocampiques et le gyrus cingulaire postérieur apparaît, dans la très grande majorité des travaux, comme particulièrement fragile, les modifications cellulaires, structurales et métaboliques causées par la maladie affectant spécialement cette région cérébrale.

La contribution de la neuro-imagerie dans le diagnostic de MA est actuellement largement reconnue, l’IRM faisant partie des examens recommandés en cas de suspicion de la maladie.

L’ensemble des techniques d’IRM disponibles à ce jour permet de distinguer les sujets présentant un MCI des sujets sains et d’estimer le risque, chez ces sujets, d’une progression vers la démence. L’apport de ces méthodes d’investigation s’est révélé particulièrement pertinent lorsque plusieurs de ces techniques étaient combinées.

L’IRM morphologique ne constitue probablement pas, au vu des données de la littérature, la technique la plus spécifique ni la plus sensible dans la détection précoce des anomalies cérébrales. Cependant, elle est certainement la méthode la plus accessible en pratique courante, l’acquisition des données étant rapide et de coût modéré. Les moyens de réaliser des évaluations volumétriques quantitatives des régions temporales internes sont, actuellement, peu disponibles et restent réservés au cadre de la recherche clinique. En pratique plus routinière, on procède à une analyse qualitative visuelle, les cliniciens portant un intérêt particulier au volume de l’hippocampe et à la taille de la corne ventriculaire temporale. Les techniques d’IRM de perfusion, utilisées en routine dans le cas de tumeurs et l’IRM de diffusion dans le cadre de l’ischémie, sont également relativement aisées à mettre en œuvre mais restent, à l’heure actuelle, dans le cadre des troubles cognitifs réservées à des cas atypiques et ne constituent pas un examen systématique. Le même constat peut être fait à propos de l’IRM fonctionnelle. Enfin, l’imagerie en tenseur de diffusion est peut-être la technique qui ouvre aux perspectives les plus intéressantes en apportant des connaissances nouvelles sur les connexions anatomiques cérébrales et en permettant de suivre la progression des lésions neuropathologiques.

Enfin, la contribution de l’IRM ne s’arrête pas là : elle permet aussi d’apporter des éléments de réponse pour mieux cerner les processus cérébraux à l’œuvre dans le cas du MCI. Nos connaissances progressent sur les mécanismes en jeu et les données de la neuro-imagerie tendent à étayer certains modèles explicatifs proposés comme le concept de réserve cognitive ou encore l’hypothèse de dysconnexion de certaines structures. Les résultats des travaux récents confortent également l’idée qu’il existe des mécanismes compensatoires, les profils d’activation cérébrale révélant un degré plus important d’activation dans certaines zones ou le recours à d’autres régions pour pallier au déclin cognitif.

Néanmoins, à l’heure actuelle, aucune directive n’existe en ce qui concerne la contribution de l’imagerie cérébrale à la reconnaissance du MCI, les critères de celui-ci étant actuellement uniquement cliniques. L’une des principales raisons tient certainement au fait que la valeur diagnostique de ces méthodes reste encore trop imprécise et n’a pas fait preuve d’une validité suffisante dans les examens individuels, les résultats pertinents obtenus dans les recherches l’ayant été sur des cohortes de patients. L’autre raison tient au concept de MCI en lui-même qui, bien que largement utilisé, reste sujet à de nombreuses controverses, et pour lequel on ne dispose, à l’heure actuelle, pas de critères consensuels.

Points clés

• ● Toutes les études d’IRM morphométrique montrent une baisse du volume hippocampique chez les MCI amnésiques par rapport aux sujets âgés normaux et le degré d’atrophie de ces structures constitue un indicateur fiable de conversion vers la démence.
• ● Les modifications anatomiques présentes dans le cortex temporal médian des sujets MCI ne sont pas isolées et s’accompagnent de perturbations de la substance blanche qui contribuent au déclin mnésique par déconnexion partielle des hippocampes des systèmes d’entrée de l’information.
• ● Les modifications métaboliques cérébrales qui accompagnent l’installation des troubles cognitifs sont quantifiables à un stade préclinique et corrélées à l’intensité du déclin cognitif.
• ● Les anomalies structurelles et fonctionnelles observées chez les MCI amnésiques décrites dans la littérature concordent avec la distribution et l’évolution des lésions histopathologiques retrouvées dans la MA.

Conflit d’intérêts

Références

2 Petersen RC. Normal aging, mild cognitive impairment, and early Alzheimer’s disease. The Neurologist 1995 ; 1 : 326-44.

3 Petersen RC. Mild cognitive impairment as a diagnostic entity. J Intern Med 2004 ; 256 : 183-94.

4 Amieva H, Le Goff M, Millet X, Orgogozo JM, Peres K, Barberger-Gateau P, et al. Prodromal Alzheimer’s disease : successive emergence of the clinical symptoms. Ann Neurol 2008 ; 64 : 492-8.

5 Winblad B, Palmer K, Kivipelto M, Jelic V, Fratiglioni L, Wahlund LO, et al. Mild cognitive impairment--beyond controversies, towards a consensus : report of the International Working Group on Mild Cognitive Impairment. J Intern Med 2004 ; 256 : 240-6.

6 Fischer P, Jungwirth S, Zehetmayer S, Weissgram S, Hoenigschnabl S, Gelpi E, et al. Conversion from subtypes of mild cognitive impairment to Alzheimer dementia. Neurology 2007 ; 68 : 288-91.

7 Ganguli M, Dodge HH, Shen C, DeKosky ST. Mild cognitive impairment, amnestic type : an epidemiologic study. Neurology 2004 ; 63 : 115-21.

8 Lopez OL, Kuller LH, Becker JT, Dulberg C, Sweet RA, Gach HM, et al. Incidence of dementia in mild cognitive impairment in the Cardiovascular health study cognition study. Arch Neurol 2007 ; 64 : 416-20.

9 Pfefferbaum A, Mathalon DH, Sullivan EV, Rawles JM, Zipursky RB, Lim KO. A quantitative magnetic resonance imaging study of changes in brain morphology from infancy to late adulthood. Arch Neurol 1994 ; 51 : 874-87.

10 Resnick SM, Pham DL, Kraut MA, Zonderman AB, Davatzikos C. Longitudinal magnetic resonance imaging studies of older adults : a shrinking brain. J Neurosci 2003 ; 23 : 3295-301.

11 De Leon MJ, George AE, Golomb J, Tarshish C, Convit A, Kluger A, et al. Frequency of hippocampal formation atrophy in normal aging and Alzheimer’s disease. Neurobiol Aging 1997 ; 18 : 1-11.

12 Jack Jr CR, Petersen RC, Xu Y, O’Brien PC, Smith GE, Ivnik RJ, et al. Rates of hippocampal atrophy correlate with change in clinical status in aging and AD. Neurology 2000 ; 55 : 484-9.

13 Allen JS, Bruss J, Brown CK, Damasio H. Normal neuroanatomical variation due to age : the major lobes and a parcellation of the temporal region. Neurobiol Aging 2005 ; 26 : 1245-60 ; discussion 1279-82.

14 Tisserand DJ, van Boxtel MP, Pruessner JC, Hofman P, Evans AC, Jolles J. A voxel-based morphometric study to determine individual differences in gray matter density associated with age and cognitive change over time. Cereb Cortex 2004 ; 14 : 966-73.

15 Smith CD, Chebrolu H, Wekstein DR, Schmitt FA, Jicha GA, Cooper G, et al. Brain structural alterations before mild cognitive impairment. Neurology 2007 ; 68 : 1268-73.

16 Duara R, Loewenstein DA, Potter E, Appel J, Greig MT, Urs R, et al. Medial temporal lobe atrophy on MRI scans and the diagnosis of Alzheimer disease. Neurology 2008 ; 71 : 1986-92.

17 Braak H, Braak E. Demonstration of amyloid deposits and neurofibrillary changes in whole brain sections. Brain Pathol 1991 ; 1 : 213-6.

18 Duyckaerts C, Hauw JJ. Diagnosis and staging of Alzheimer disease. Neurobiol Aging 1997 ; 18 : S33-S42.

19 Pennanen C, Kivipelto M, Tuomainen S, Hartikainen P, Hanninen T, Laakso MP, et al. Hippocampus and entorhinal cortex in mild cognitive impairment and early AD. Neurobiol Aging 2004 ; 25 : 303-10.

20 Desikan RS, Cabral HJ, Fischl B, Guttmann CR, Blacker D, Hyman BT, et al. Temporoparietal MR imaging measures of atrophy in subjects with mild cognitive impairment that predict subsequent diagnosis of Alzheimer disease. Am J Neuroradiol 2009 ; 30 : 532-8.

21 Kantarci K, Xu Y, Shiung MM, O’Brien PC, Cha RH, Smith GE, et al. Comparative diagnostic utility of different MR modalities in mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease. Dement Geriatr Cogn Disord 2002 ; 14 : 198-207.

22 Giesel FL, Hahn HK, Thomann PA, Widjaja E, Wignall E, von Tengg-Kobligk H, et al. Temporal horn index and volume of medial temporal lobe atrophy using a new semiautomated method for rapid and precise assessment. Am J Neuroradiol 2006 ; 27 : 1454-8.

23 Bakkour A, Morris JC, Dickerson BC. The cortical signature of prodromal AD : regional thinning predicts mild AD dementia. Neurology 2009 ; 72 : 1048-55.

24 Singh V, Chertkow H, Lerch JP, Evans AC, Dorr AE, Kabani NJ. Spatial patterns of cortical thinning in mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease. Brain 2006 ; 129 : 2885-93.

25 Querbes O, Aubry F, Pariente J, Lotterie JA, Demonet JF, Duret V, et al. Early diagnosis of Alzheimer’s disease using cortical thickness : impact of cognitive reserve. Brain 2009 ; 132 : 2036-47.

26 Stern Y. Cognitive reserve. Neuropsychologia 2009 ; 47 : 2015-28.

27 Chételat G, Desgranges B, De La Sayette V, Viader F, Eustache F, Baron JC. Mapping gray matter loss with voxel-based morphometry in mild cognitive impairment. Neuroreport 2002 ; 13 : 1939-43.

28 Trivedi MA, Wichmann AK, Torgerson BM, Ward MA, Schmitz TW, Ries ML, et al. Structural MRI discriminates individuals with Mild Cognitive Impairment from age-matched controls : a combined neuropsychological and voxel based morphometry study. Alzheimers Dement 2006 ; 2 : 296-302.

29 Stoub TR, deToledo-Morrell L, Stebbins GT, Leurgans S, Bennett DA, Shah RC. Hippocampal disconnection contributes to memory dysfunction in individuals at risk for Alzheimer’s disease. Proc Natl Acad Sci USA 2006 ; 103 : 10041-5.

30 Apostolova LG, Dutton RA, Dinov ID, Hayashi KM, Toga AW, Cummings JL, et al. Conversion of mild cognitive impairment to Alzheimer disease predicted by hippocampal atrophy maps. Arch Neurol 2006 ; 63 : 693-9.

31 Chételat G, Fouquet M, Kalpouzos G, Denghien I, De la Sayette V, Viader F, et al. Three-dimensional surface mapping of hippocampal atrophy progression from MCI to AD and over normal aging as assessed using voxel-based morphometry. Neuropsychologia 2008 ; 46 : 1721-31.

32 Misra C, Fan Y, Davatzikos C. Baseline and longitudinal patterns of brain atrophy in MCI patients, and their use in prediction of short-term conversion to AD : results from ADNI. Neuroimage 2009 ; 44 : 1415-22.

33 Jack Jr CR, Shiung MM, Weigand SD, O’Brien PC, Gunter JL, Boeve BF, et al. Brain atrophy rates predict subsequent clinical conversion in normal elderly and amnestic MCI. Neurology 2005 ; 65 : 1227-31.

34 Carlson NE, Moore MM, Dame A, Howieson D, Silbert LC, Quinn JF, et al. Trajectories of brain loss in aging and the development of cognitive impairment. Neurology 2008 ; 70 : 828-33.

35 Fleisher AS, Sun S, Taylor C, Ward CP, Gamst AC, Petersen RC, et al. Volumetric MRI vs clinical predictors of Alzheimer disease in mild cognitive impairment. Neurology 2008 ; 70 : 191-9.

36 Theysohn JM, Kraff O, Maderwald S, Schlamann MU, de Greiff A, Forsting M, et al. The human hippocampus at 7 T–in vivo MRI. Hippocampus 2009 ; 19 : 1-7.

37 Celone KA, Calhoun VD, Dickerson BC, Atri A, Chua EF, Miller SL, et al. Alterations in memory networks in mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease : an independent component analysis. J Neurosci 2006 ; 26 : 10222-31.

38 Hamalainen A, Pihlajamaki M, Tanila H, Hanninen T, Niskanen E, Tervo S, et al. Increased fMRI responses during encoding in mild cognitive impairment. Neurobiol Aging 2007 ; 28 : 1889-903.

39 Sperling RA, Bates JF, Chua EF, Cocchiarella AJ, Rentz DM, Rosen BR, et al. fMRI studies of associative encoding in young and elderly controls and mild Alzheimer’s disease. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2003 ; 74 : 44-50.

40 Dickerson BC, Salat DH, Greve DN, Chua EF, Rand-Giovannetti E, Rentz DM, et al. Increased hippocampal activation in mild cognitive impairment compared to normal aging and AD. Neurology 2005 ; 65 : 404-11.

41 Jauhiainen AM, Pihlajamaki M, Tervo S, Niskanen E, Tanila H, Hanninen T, et al. Discriminating accuracy of medial temporal lobe volumetry and fMRI in mild cognitive impairment. Hippocampus 2009 ; 19 : 166-75.

42 Machulda MM, Ward HA, Borowski B, Gunter JL, Cha RH, O’Brien PC, et al. Comparison of memory fMRI response among normal, MCI, and Alzheimer’s patients. Neurology 2003 ; 61 : 500-6.

43 Petrella JR, Krishnan S, Slavin MJ, Tran TT, Murty L, Doraiswamy PM. Mild cognitive impairment : evaluation with 4-T functional MR imaging. Radiology 2006 ; 240 : 177-86.

44 Dickerson BC, Sperling RA. Functional abnormalities of the medial temporal lobe memory system in mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease : insights from functional MRI studies. Neuropsychologia 2008 ; 46 : 1624-35.

45 Lovblad KO, Delavelle J, Wetzel S, Kelekis AD, Assal F, Palmesino M, et al. ADC mapping of the aging frontal lobes in mild cognitive impairment. Neuroradiology 2004 ; 46 : 282-6.

46 Naganawa S, Sato K, Katagiri T, Mimura T, Ishigaki T. Regional ADC values of the normal brain : differences due to age, gender, and laterality. Eur Radiol 2003 ; 13 : 6-11.

47 Pfefferbaum A, Sullivan EV. Increased brain white matter diffusivity in normal adult aging : relationship to anisotropy and partial voluming. Magn Reson Med 2003 ; 49 : 953-61.

48 Bozzao A, Floris R, Baviera ME, Apruzzese A, Simonetti G. Diffusion and perfusion MR imaging in cases of Alzheimer’s disease : correlations with cortical atrophy and lesion load. Am J Neuroradiol 2001 ; 22 : 1030-6.

49 Sandson TA, Felician O, Edelman RR, Warach S. Diffusion-weighted magnetic resonance imaging in Alzheimer’s disease. Dement Geriatr Cogn Disord 1999 ; 10 : 166-71.

50 Kantarci K, Jack Jr CR, Xu YC, Campeau NG, O’Brien PC, Smith GE, et al. Mild cognitive impairment and Alzheimer disease : regional diffusivity of water. Radiology 2001 ; 219 : 101-7.

51 Kantarci K, Petersen RC, Boeve BF, Knopman DS, Weigand SD, O’Brien PC, et al. DWI predicts future progression to Alzheimer disease in amnestic mild cognitive impairment. Neurology 2005 ; 64 : 902-4.

52 Zhang B, Li M, Sun ZZ, Zhu B, Yuan L, Wang Y, et al. Evaluation of functional MRI markers in mild cognitive impairment. J Clin Neurosci 2009 ; 16 : 635-41.

53 Ray KM, Wang H, Chu Y, Chen YF, Bert A, Hasso AN, et al. Mild cognitive impairment : apparent diffusion coefficient in regional gray matter and white matter structures. Radiology 2006 ; 241 : 197-205.

54 Wang H, Su MY. Regional pattern of increased water diffusivity in hippocampus and corpus callosum in mild cognitive impairment. Dement Geriatr Cogn Disord 2006 ; 22 : 223-9.

55 Bozzali M, Falini A, Franceschi M, Cercignani M, Zuffi M, Scotti G, et al. White matter damage in Alzheimer’s disease assessed in vivo using diffusion tensor magnetic resonance imaging. J Neurol Neurosurg Psychiatry 2002 ; 72 : 742-6.

56 Fellgiebel A, Wille P, Muller MJ, Winterer G, Scheurich A, Vucurevic G, et al. Ultrastructural hippocampal and white matter alterations in mild cognitive impairment : a diffusion tensor imaging study. Dement Geriatr Cogn Disord 2004 ; 18 : 101-8.

57 Naggara O, Oppenheim C, Rieu D, Raoux N, Rodrigo S, Dalla Barba G, et al. Diffusion tensor imaging in early Alzheimer’s disease. Psychiatry Res 2006 ; 146 : 243-9.

58 Stahl R, Dietrich O, Teipel SJ, Hampel H, Reiser MF, Schoenberg SO. White matter damage in Alzheimer disease and mild cognitive impairment : assessment with diffusion-tensor MR imaging and parallel imaging techniques. Radiology 2007 ; 243 : 483-92.

59 Medina D, DeToledo-Morrell L, Urresta F, Gabrieli JD, Moseley M, Fleischman D, et al. White matter changes in mild cognitive impairment and AD : A diffusion tensor imaging study. Neurobiol Aging 2006 ; 27 : 663-72.

60 Xie S, Xiao JX, Gong GL, Zang YF, Wang YH, Wu HK, et al. Voxel-based detection of white matter abnormalities in mild Alzheimer disease. Neurology 2006 ; 66 : 1845-9.

61 Muller MJ, Greverus D, Dellani PR, Weibrich C, Wille PR, Scheurich A, et al. Functional implications of hippocampal volume and diffusivity in mild cognitive impairment. Neuroimage 2005 ; 28 : 1033-42.

62 Wang L, Goldstein FC, Veledar E, Levey AI, Lah JJ, Meltzer CC, et al. Alterations in cortical thickness and white matter integrity in Mild Cognitive Impairment measured by whole-brain cortical thickness mapping and diffusion tensor imaging. Am J Neuroradiol 2009 ; 30 : 893-9.

63 Le Bihan D, Mangin JF, Poupon C, Clark CA, Pappata S, Molko N, et al. Diffusion tensor imaging : concepts and applications. J Magn Reson Imaging 2001 ; 13 : 534-46.

64 Bozzali M, Cherubini A. Diffusion tensor MRI to investigate dementias : a brief review. Magn Reson Imaging 2007 ; 25 : 969-77.

65 Oppenheim C, Ducreux D, Rodrigo S, Hodel J, Tourdias T, Charbonneau F, et al. Imagerie en tenseur de diffusion et tractographie de l’encéphale et de la moelle. J Radiol 2007 ; 88 : 11.

66 Yasmin H, Nakata Y, Aoki S, Abe O, Sato N, Nemoto K, et al. Diffusion abnormalities of the uncinate fasciculus in Alzheimer’s disease : diffusion tensor tract-specific analysis using a new method to measure the core of the tract. Neuroradiology 2008 ; 50 : 293-9.

67 Johnson NA, Jahng GH, Weiner MW, Miller BL, Chui HC, Jagust WJ, et al. Pattern of cerebral hypoperfusion in Alzheimer disease and mild cognitive impairment measured with arterial spin-labeling MR imaging : initial experience. Radiology 2005 ; 234 : 851-9.

68 Luckhaus C, Flub MO, Wittsack HJ, Grass-Kapanke B, Janner M, Khalili-Amiri R, et al. Detection of changed regional cerebral blood flow in mild cognitive impairment and early Alzheimer’s dementia by perfusion-weighted magnetic resonance imaging. Neuroimage 2008 ; 40 : 495-503.

69 Xu G, Antuono PG, Jones J, Xu Y, Wu G, Ward D, et al. Perfusion fMRI detects deficits in regional CBF during memory-encoding tasks in MCI subjects. Neurology 2007 ; 69 : 1650-6.

70 Kantarci K, Jack Jr CR, Xu YC, Campeau NG, O’Brien PC, Smith GE, et al. Regional metabolic patterns in mild cognitive impairment and Alzheimer’s disease : A 1H MRS study. Neurology 2000 ; 55 : 210-7.

71 Petersen RC, Parisi JE, Dickson DW, Johnson KA, Knopman DS, Boeve BF, et al. Neuropathologic features of amnestic mild cognitive impairment. Arch Neurol 2006 ; 63 : 665-72.

72 Fayed N, Davila J, Oliveros A, Castillo J, Medrano JJ. Utility of different MR modalities in mild cognitive impairment and its use as a predictor of conversion to probable dementia. Acad Radiol 2008 ; 15 : 1089-98.