ARTICLE
Auteur(s) : Marine Fouquet, Nicolas Villain, Gaël
Chételat, Francis Eustache, Béatrice Desgranges
Inserm E0218, EPHE, Université de Caen Basse-Normandie, GIP
Cyceron, CHU Côte de Nacre, Caen
Plus d’un siècle après sa première description, la maladie
d’Alzheimer (MA) a été déclarée « Grande cause nationale
2007 ». Cette maladie représente effectivement un problème
majeur de santé publique puisque, aujourd’hui en France, environ
860 000 personnes sont atteintes et 250 000 nouveaux cas sont
rapportés chaque année. Des traitements symptomatiques sont
disponibles depuis quelques années et permettent de ralentir
l’évolution des symptômes si la maladie est diagnostiquée assez
tôt. Avec le développement de nouvelles stratégies thérapeutiques
visant à freiner la progression de la maladie, le diagnostic
précoce de la MA constitue un intérêt clinique essentiel.Cependant,
le diagnostic de cette maladie repose actuellement sur des critères
cliniques appréciables à un stade relativement avancé de la maladie
où les troubles cognitifs et la perte neuronale sont déjà
importants. En effet, la MA est une pathologie neurodégénérative
évolutive caractérisée par des lésions neuropathologiques :
les dépôts amyloïdes et les dégénérescences neurofibrillaires
(DNF). Ces lésions se répandent dans le cerveau en parallèle d’une
dégradation progressive des fonctions cognitives, ce parallélisme
étant plus net en ce qui concerne l’évolution temporelle des DNF.
Ainsi, lorsque les DNF apparaissent au niveau du lobe temporal
interne, en particulier du cortex entorhinal et de l’hippocampe,
l’atteinte cognitive débute avec les troubles de la mémoire qui
resteront prédominants ; quand elles envahissent l’ensemble du
cortex limbique et atteignent les cortex associatifs, les autres
fonctions cognitives (visuo-spatiales, langage...) sont alors assez
perturbées pour que le diagnostic clinique de MA probable soit
posé.Par ailleurs, ces lésions microscopiques conduisent au
dysfonctionnement puis à la mort des neurones qui se traduit, au
niveau macroscopique, par une altération de l’activité cérébrale et
une atrophie corticale. Ces altérations macroscopiques peuvent
désormais être étudiées in vivo, grâce à l’imagerie par résonance
magnétique (IRM) ainsi qu’à la tomographie à émission de positons
(TEP) et la tomographie à émission mono-photonique (TEMP) au repos.
Or l’identification d’altérations cérébrales observables in vivo et
caractéristiques des premiers stades de la MA pourrait contribuer
au diagnostic précoce de la maladie. En ce sens, des patients
atteints du amnestic mild cognitive impairment (MCI ou déficit
cognitif léger) sont particulièrement intéressants à étudier en
neuro-imagerie puisqu’ils présentent un risque élevé d’évoluer vers
la démence qui définit la MA probable [1]. Ces patients montrent
effectivement des troubles de la mémoire anormaux pour leur âge et
leur niveau d’éducation, sans déficit patent des autres fonctions
cognitives. Leurs troubles ne sont pas suffisants pour satisfaire
les critères de diagnostic clinique de MA mais, au cours d’un suivi
clinique longitudinal, jusqu’à 30 % de ces patients évoluent
vers une MA chaque année (converteurs) alors que le taux annuel de
conversion chez les sujets âgés sains n’est que de 1 à 2 %.En
outre, le profil d’atrophie dans la MA, précisé par l’IRM,
contraste avec le profil d’atteinte fonctionnelle mis en évidence
en TEP et en TEMP au repos, en particulier au stade prédémentiel de
MCI. Des hypothèses ont été proposées pour rendre compte de cette
discordance, suggérant des mécanismes de dysconnexion et de
compensation fonctionnelle. Dès lors, il s’avère crucial de
préciser les modifications fonctionnelles liées à la MA en terme,
non seulement de connectivité et de compensation fonctionnelles
grâce à l’IRM fonctionnelle (IRMf) au repos et en activation, mais
aussi de connectivité structurale au moyen de l’IRM du tenseur de
diffusion (DTI).Au fil de cette synthèse, nous présenterons les
altérations mises en évidence en neuro-imagerie, associées à la MA,
d’une part, et au stade de MCI d’autre part, avec deux
objectifs : 1) relever la potentialité de la neuro-imagerie
pour identifier des marqueurs de diagnostic précoce de la MA ;
2) souligner la complémentarité des techniques pour caractériser et
comprendre les altérations cérébrales caractéristiques de la MA.
Après avoir synthétisé les résultats des études en IRM ainsi qu’en
TEP et en TEMP au repos, nous les complèterons par les données
d’IRM fonctionnelle au repos, de la DTI et enfin de l’IRM
fonctionnelle en activation.
IRM anatomique : le profil d’atrophie dans la MA et le
MCI
Le profil d’atrophie dans la MA est maintenant bien décrit grâce à
l’IRM anatomique. Cette technique d’imagerie cérébrale permet
d’étudier les modifications de densité et de volume de substance
grise, donc l’atrophie, à partir d’images anatomiques. Les
premières études en IRM anatomique ont ciblé une ou plusieurs
régions d’intérêts (ROI) au niveau du lobe temporal interne,
manifestement touché par les DNF et vraisemblablement impliqué dans
les troubles de la mémoire qui dominent le tableau clinique de la
MA. Ainsi, l’atrophie de cette structure, et plus particulièrement
de l’hippocampe et du cortex entorhinal, a été mise en évidence
dans la MA, dès le stade léger et prédémentiel de MCI (pour revues,
voir [2, 3]). Elle est corrélée aux déficits de mémoire épisodique
(mémoire des événements situés dans leur contexte spatio-temporel
d’acquisition ; pour revue sur les corrélations
cognitivo-anatomiques, voir [4]). Parmi les patients atteints de
MCI, cette diminution de volume de l’hippocampe et du cortex
entorhinal semble distinguer ceux qui évoluent vers une MA
(converteurs) des non converteurs avec une efficacité variable
selon les études (pour revue, voir [5]).
La méthode des ROI a aussi été utilisée pour étudier l’atrophie
d’autres structures, mais cette méthode présente certaines limites
dans la mesure où les ROI sont choisies a priori et leur
délimitation dépend de l’observateur. Une méthode automatique et
reproductible a donc été développée pour analyser l’ensemble du
cerveau, voxel par voxel (volumetric pixel, élément unitaire des
images numériques en trois dimensions), la voxel based morphometry
(VBM).
Au-delà du lobe temporal interne, un vaste réseau de régions
atrophiées a été mis en évidence en VBM chez les patients atteints
de MA légère à modérée, par comparaison avec des sujets âgés sains
[6], de façon relativement constante à travers les études. Chez les
patients atteints de MA à un stade léger, l’atrophie touche déjà
l’hippocampe, le gyrus parahippocampique (plus particulièrement le
cortex entorhinal) et l’amygdale. À des stades plus avancés, le
cortex temporo-pariétal, le cortex cingulaire postérieur et le
précuneus, le cortex cingulaire antérieur ainsi que le cortex
frontal sont atteints. L’atrophie de l’insula et de structures
sous-corticales comme le thalamus, le noyau caudé et le putamen est
moins consensuelle, l’étude de ces structures au moyen de la VBM
pouvant poser certains problèmes méthodologiques. Par ailleurs, le
cortex occipital et le cervelet semblent préservés, du moins au
début de la maladie.
Chez des patients MCI, Chételat et al. [7] ont montré que
l’atrophie prédominait au niveau du lobe temporal interne et
qu’elle était associée aux déficits en mémoire épisodique [8].
Néanmoins, l’atrophie s’étendait également à d’autres régions
telles que le gyrus temporal moyen, un résultat confirmé par les
autres études VBM. La perte de substance grise semble cependant
moins marquée dans le MCI que dans la MA, où elle s’accentue dans
certaines régions comme l’hippocampe et s’étend à d’autres régions
associatives [9]. En accord avec ces résultats, une augmentation de
l’atrophie hippocampique (entre autres) a été mise en évidence au
cours de l’évolution des converteurs vers la MA [10]. Enfin, la
perte de substance grise au niveau de l’hippocampe, des gyri
parahippocampique et fusiforme, du cortex cingulaire postérieur et
du précuneus est plus importante chez les converteurs que chez les
non converteurs [10].
En résumé, l’atrophie évolue, avec la sévérité de la MA, du lobe
temporal interne au néocortex, de façon superposable à la
progression topographique des DNF. Ce profil évolutif suggère que
l’IRM anatomique permet de surveiller in vivo la progression de la
pathologie. De plus, l’IRM anatomique permet de détecter des
structures atrophiées dès le stade prédémentiel de MCI. Toutefois,
la mesure de l’atrophie de chacune de ces structures ne permet pas
de distinguer les converteurs des non converteurs avec une
efficacité de 100 % (l’efficacité étant égale au nombre de
patients bien diagnostiqués divisé par le nombre total de patients)
[3] et aucune combinaison optimale ne semble faire consensus.
TEP et TEMP au repos : le profil d’atteinte fonctionnelle
dans la MA et le MCI
À l’atrophie régionale s’ajoutent des modifications fonctionnelles
de certaines structures cérébrales mises en évidence en utilisant
la TEP au 18-fluorodésoxyglucose (TEP-18FDG) ainsi que
la TEMP chez des patients au repos (sans activité cognitive
particulière). Ces techniques mesurent des paramètres qui varient
localement avec l’activité neuronale, respectivement le métabolisme
cérébral du glucose et le débit sanguin cérébral, et permettent
donc l’étude du fonctionnement du cerveau au niveau régional.
Le profil d’atteinte fonctionnelle dans la MA est relativement
constant à travers les études en TEP-18FDG ou en TEMP au
repos, utilisant la méthode des ROI ou l’analyse voxel par voxel
(pour revues, voir [5, 11]). Ainsi, l’hypométabolisme (ou
l’hypoperfusion) du cortex cingulaire postérieur et du cortex
temporo-pariétal est caractéristique des patients atteints de MA.
D’ailleurs, seules ces régions seraient touchées au stade de MA
légère. Avec l’avancée de la maladie, le cortex frontal serait
également affecté. En outre, le métabolisme du cortex entorhinal
serait corrélé aux scores de rappel libre d’informations en mémoire
épisodique (pour revue des corrélations cognitivo-métaboliques dans
la MA, voir [12]).
Comparés à des sujets âgés sains, les patients atteints de MCI
présentent un hypométabolisme ou une hypoperfusion au niveau de la
région cingulaire postérieure (pour revue, voir [13]).
L’hypométabolisme de cette région rendrait compte des déficits de
récupération des informations en mémoire épisodique [8]. Cependant,
lorsque les converteurs sont comparés aux non converteurs, c’est le
dysfonctionnement du cortex temporo-pariétal qui différencie ces
deux populations de patients MCI, qu’il soit mis en évidence par la
TEP-18FDG ou par la TEMP (pour revue, voir [13]).
L’hypométabolisme du cortex temporo-pariétal (droit le plus
souvent) serait observé uniquement chez les converteurs et serait
prédictif du déclin cognitif ultérieur. De façon intéressante,
Chételat et al. [14] ont rapporté que cet hypométabolisme régional
permettait de distinguer les 7 converteurs des 10 non converteurs
de leur étude avec une efficacité de 100 %, résultat qui
mérite toutefois d’être confirmé en incluant un nombre plus
important de patients. Enfin, l’atteinte du cortex cingulaire
postérieur ainsi que d’autres régions était également observée chez
les converteurs par rapport aux non converteurs, mais de façon
moins constante et moins spécifique.
Ainsi, les explorations fonctionnelles au repos en
TEP-18FDG et en TEMP dans le MCI ont permis d’identifier
un marqueur potentiel de diagnostic précoce : le
dysfonctionnement du cortex temporo-pariétal droit (figure 1B), plus sensible
et plus spécifique pour prédire l’évolution des patients que les
mesures effectuées en neuropsychologie [15] et en IRM anatomique
(pour revue, voir [13]). Par ailleurs, tandis que certaines études
d’imagerie fonctionnelle dans le MCI et la MA suggèrent une
relative préservation du lobe temporal interne, de l’hippocampe en
particulier, d’autres concluent à son atteinte. Des différences
méthodologiques ont été soulignées pour expliquer l’hétérogénéité
de ces résultats. L’effet de ces facteurs méthodologiques a été
testé par Mevel et al. [16] qui concluent à la présence d’un
hypométabolisme hippocampique. Détecté non seulement en utilisant
la méthode des ROI mais aussi avec une approche voxel par voxel
tenant compte de l’hypothèse a priori sur l’hippocampe, le
dysfonctionnement de cette structure est néanmoins relativement
faible par rapport à l’hypométabolisme cingulaire postérieur
caractéristique de la MA dès le stade précoce. Ceci constitue un
véritable paradoxe, compte tenu de l’atrophie précoce et majeure de
cette structure.
À un stade débutant de la maladie, le dysfonctionnement précoce
des régions cingulaire postérieure et temporo-pariétale contraste
donc avec l’atrophie précoce et marquée de la région hippocampique
(figure 1A). Les
hypothèses avancées afin d’expliquer cette discordance suggèrent,
d’une part, un phénomène de dysconnexion et, d’autre part, des
mécanismes de compensation fonctionnelle (pour revues, voir [12,
13]). Plus précisément, les DNF et l’atrophie au niveau de la
région hippocampique pourraient induire l’altération fonctionnelle
des régions qui lui sont connectées, comme les cortex cingulaire
postérieur et temporo-pariétal, par dysconnexion. Des résultats
chez le babouin et chez l’homme, montrant un lien entre
l’hypométabolisme du cortex temporo-pariétal et/ou cingulaire
postérieur et l’altération de l’hippocampe ou du cortex entorhinal,
étayent cette hypothèse, mais aucune preuve expérimentale directe
ne l’a encore confirmée. De plus, la relative préservation
fonctionnelle de la région hippocampique en dépit des DNF et de son
atrophie pourrait résulter d’une compensation fonctionnelle, soit
par d’autres régions, soit du fait de la plasticité de cette
région. En effet, alors que chez des patients atteints de MA à un
stade léger, les déficits de mémoire épisodique sont corrélés au
dysfonctionnement de la région hippocampique, c’est au
dysfonctionnement du cortex temporal externe que ces déficits sont
corrélés à un stade plus avancé, ce qui suggère le recrutement
compensatoire d’autres structures avec la progression de la maladie
[17]. Enfin, une augmentation de la neurogenèse hippocampique,
ainsi qu’un rétrocontrôle cholinergique positif dans cette même
structure, ont effectivement été mis en évidence dans la MA. Ces
arguments indirects permettent d’appuyer les hypothèses proposées
pour interpréter cette discordance, mais le profil d’atteinte
fonctionnelle reste encore mal compris.
Contribution de l’IRMf au repos
L’interprétation des résultats observés en TEP-18FDG et
en TEMP au repos est toutefois limitée par la méconnaissance des
régions cérébrales sollicitées au repos et notamment de leur
connectivité fonctionnelle. Ainsi les résultats observés pourraient
être la conséquence aussi bien d’altérations des réseaux cérébraux
activés au repos que d’atteintes de régions particulières. Dès
lors, l’étude de l’activité cérébrale au repos per se s’avère
intéressante. Cette approche relativement récente est possible par
l’étude des désactivations observées lors de tâches cognitives et
des fluctuations basses-fréquences (FBF) en IRMf.
En effet, les techniques d’imagerie fonctionnelle hémodynamique
– la TEP couplée à l’eau marquée (TEP-H215O)
et l’IRM fonctionnelle (IRMf) – mesurent les modifications
vasculaires cérébrales locales, majoritairement influencées par les
besoins énergétiques occasionnés par l’activité neuronale
environnante : le débit sanguin cérébral pour la
TEP-H215O et le signal BOLD (blood oxygen
level-dependant) pour l’IRMf (modifications des concentrations
sanguines en désoxyhémoglobine). Ces techniques ont été
principalement utilisées depuis une quinzaine d’années dans l’étude
du fonctionnement cérébral in vivo avec de très nombreuses tâches
cognitives, du fait de leur bonne résolution temporelle (90 s
pour la TEP-H215O, 2 à 4 s pour l’IRMf).
Toutefois, c’est seulement récemment que des auteurs se sont
intéressés aux désactivations induites par les tâches cognitives et
ont ainsi mis en évidence un ensemble de régions qui sont plus
activées au repos que lors de sollicitations cognitives diverses.
Cet ensemble de régions, retrouvé de façon relativement
consensuelle (quelles que soient les tâches cognitives demandées au
sujet), formerait un réseau à l’état de base (REB) qui
sous-tendrait le fonctionnement « par défaut » du
cerveau. Outre les désactivations, les fluctuations basses
fréquences (FBF ; < 0,1 Hz) du signal BOLD mesurées en
IRMf au niveau régional témoigneraient de l’activité neuronale au
repos [18]. L’analyse de la synchronisation de ces FBF entre
différentes régions corticales permet d’étudier la connectivité
fonctionnelle des régions du REB activées au repos.
Chez le sujet sain, les résultats des études utilisant
différentes techniques sont relativement consensuels. Le REB
impliquerait notamment le gyrus cingulaire postérieur ainsi que le
cortex pariétal inférieur et le lobe temporal interne [19, 20] qui
sont des structures également altérées précocement dans la MA.
Plusieurs études se sont donc intéressées au REB dans la MA et dans
le MCI.
Les patients atteints de MA présenteraient, par rapport aux
sujets contrôles, une altération du REB au niveau du cortex
cingulaire postérieur [21-23], du cortex pariétal latéral [22, 23]
et, de manière moins consensuelle, de l’hippocampe [22]. Ces
différences entre les sujets contrôles et les patients peuvent être
interprétées de deux manières : soit en termes de modification
de l’activité de repos, soit en termes d’un moindre désengagement
du REB lors de tâches cognitives. Par ailleurs, Rombouts et al.
[24] ont mis en évidence des différences dans la phase initiale de
la désactivation chez les patients par rapport aux sujets sains, ce
qui suggère une adaptation plus lente du REB dans la MA. Enfin,
seuls Wang et al. [25] se sont intéressés aux modifications de la
connectivité fonctionnelle hippocampique au repos dans la
pathologie. Ils ont montré une diminution de connectivité avec la
région cingulaire postérieure (figure 1C) et le cortex
préfrontal médian, alors que la connectivité avec le cortex frontal
dorsolatéral semblait augmentée. Ceci renforce donc à la fois
l’hypothèse d’une dysconnexion hippocampo-cingulaire dans la MA
évoquée précédemment, et celle d’une compensation fonctionnelle
frontale, sur laquelle nous reviendrons plus loin.
Seules deux études se sont intéressées à l’altération du REB au
stade prédémentiel de la MA. Rombouts et al. [24] ont rapporté une
désactivation moins importante du cortex frontal médian chez les
patients atteints de MCI, ainsi que des différences dans la phase
initiale de la désactivation, comme dans la MA à un stade plus
avancé. Celone et al. [23] ont, quant à eux, séparé leur groupe de
patients MCI en deux en fonction de leur degré d’atteinte cognitive
et rapporté une hyper-désactivation du gyrus cingulaire postérieur
et du cortex pariétal latéral chez les patients les moins atteints
et une hypo-désactivation au sein de ces mêmes régions, identique à
celle de patients atteints de MA, chez ceux dont les altérations
cognitives sont plus importantes. Enfin, il n’existe pas encore, à
notre connaissance, d’étude portant sur le caractère prédictif de
cette mesure dans le diagnostic précoce de la MA.
L’utilisation de l’IRMf au repos dans l’étude de la MA reste
encore marginale mais s’avère prometteuse à la fois pour la
compréhension des altérations associées à la maladie en terme de
connectivité fonctionnelle, mais aussi pour la recherche de
marqueurs diagnostiques précoces grâce à une mesure potentiellement
aussi efficace que la TEP-18FDG mais plus accessible,
non invasive et moins coûteuse.
Contribution de la DTI
Si l’IRMf au repos apparaît intéressante pour étudier la
connectivité fonctionnelle de différentes régions cérébrales, le
développement de l’IRM du tenseur de diffusion (DTI), depuis le
milieu des années 1980, offre la possibilité d’étudier l’intégrité
structurale des fibres de la substance blanche qui sous-tendent
cette connectivité fonctionnelle. La DTI est une technique qui
repose sur les propriétés intrinsèques des mouvements de l’eau.
Dans un tissu, la diffusion des molécules d’eau ne répond pas à un
mouvement brownien aléatoire dans toutes les directions (diffusion
isotropique), mais elle est contrainte par différents facteurs
environnants (les membranes cellulaires, les fibres axonales et
diverses macromolécules). Leur diffusion dans la substance blanche,
riche en fibres axonales, correspond donc à une diffusion
anisotropique qui peut être caractérisée en DTI grâce à deux
indices : la diffusivité qui évalue le taux de diffusion
indépendamment de la direction, et l’anisotropie qui estime la «
directionnalité » de la diffusion (si la diffusion suit une
orientation préférentielle). Ainsi, une modification de ces indices
indique une altération de l’intégrité des fibres de la substance
blanche et donc de la connectivité structurale entre les régions
qu’elles relient.
Contrairement à l’imagerie pondérée en diffusion (DWI), utilisée
dans les premières études de diffusion dans la MA qui avaient
conduit à des résultats hétérogènes, les images acquises en DTI
sont en 3D (en 2D en DWI) et une correction des artefacts de
mouvements de la tête est appliquée. Plusieurs méthodes d’analyse
ont été utilisées dans les études en DTI : 1) une méthode par
ROI circulaires ou rectangulaires, de petite taille, tracées
manuellement au sein d’une ou plusieurs régions de la substance
blanche ; 2) une méthode par ROI grossièrement délimitées et
englobant parfois plusieurs régions anatomiques ; 3) une
méthode par ROI basée sur une caractérisation rigoureuse des
faisceaux grâce à leur tractographie préalable (la tractographie
consiste à reconstruire les faisceaux à partir des paramètres de
diffusion) ; 4) et, enfin, la méthode voxel par voxel afin
d’analyser l’ensemble de la substance blanche. Cette pluralité de
méthodes plus ou moins précises contribue à la relative
hétérogénéité des résultats obtenus en DTI.
Bien que certaines études en ROI indiquent une préservation du
corps calleux, c’est-à-dire des connections cortico-corticales
inter- et intra-hémisphériques, la majorité montre une atteinte des
fibres au niveau du splénium du corps calleux dans la MA, en
particulier lorsque la ROI est soigneusement tracée en suivant les
faisceaux de fibres reconstruits en tractographie. Le splénium du
corps calleux correspond aux connexions des cortex associatifs
postérieurs dont les fibres pariéto-temporales sont souvent
endommagées dans la MA [26]. De plus, la diminution de l’indice
d’anisotropie de cette région serait corrélée à la densité de
substance grise de nombreuses régions atrophiées dans la MA, les
cortex temporo-pariétal et frontal ainsi que le précuneus [27].
L’atteinte du splénium pourrait donc être liée à l’atrophie de
certaines régions au sein desquelles les fibres elles-mêmes
seraient touchées dans la MA.
En ce qui concerne le cingulum, qui connecte le cortex
parahippocampique au cortex cingulaire, les résultats des études
ROI et voxel à voxel peuvent apparaître contradictoires. Toutefois,
lorsque seules les fibres cingulaires postérieures sont étudiées,
fibres connectant la région hippocampique au cortex cingulaire
postérieur, les auteurs concluent à leur altération dans la MA
(figure 1C). De
plus, la diminution des indices d’anisotropie cingulaires
postérieurs serait corrélée, non seulement à l’atrophie de
l’hippocampe [28], mais aussi aux faibles scores de rappel des
informations [29]. Ces résultats sont particulièrement intéressants
dans la mesure où ils renforcent l’hypothèse d’une dysconnexion
entre l’hippocampe et le cortex cingulaire postérieur liée, d’une
part, à l’atrophie hippocampique et associée, d’autre part, aux
déficits mnésiques.
D’ailleurs, même si là encore les résultats sont contradictoires
au niveau de l’hippocampe, une atteinte des faisceaux de la région
parahippocampique est constamment rapportée. En particulier, la
voie perforante, qui relie le cortex entorhinal à l’hippocampe,
serait atteinte et cette atteinte serait corrélée aux scores de
rappel mnésique [30]. L’atrophie de la région temporale interne
caractéristique de la MA, s’accompagne donc d’une vulnérabilité des
fibres parahippocampiques, voire hippocampiques.
Dès le stade prédémentiel de MCI, l’altération du cingulum est
déjà observée, plus particulièrement celle des fibres cingulaires
postérieures, et serait associée aux faibles scores de rappel des
informations en mémoire [29]. L’atteinte fonctionnelle du cortex
cingulaire postérieur s’accompagnerait donc d’une altération
précoce des fibres dans cette région.
Les faisceaux hippocampiques sont également atteints chez les
patients souffrant de MCI [31]. Ainsi, l’atrophie de l’hippocampe
serait associée à une atteinte précoce des faisceaux parcourant
cette structure. De plus, comme dans la MA, les fibres du cortex
parahipocampique, en particulier la voie perforante [30], seraient
atteintes. Ces atteintes seraient corrélées aux faibles
performances de rappel mnésique [30, 31].
Malgré la relative hétérogénéité de ces résultats dans la MA et
le MCI, principalement du fait des différences méthodologiques, la
DTI est une technique sensible à des altérations précoces qui ne
sont pas mises en évidence en IRM anatomique et qui participeraient
aux déficits cognitifs. La DTI pourrait aussi présenter un intérêt
diagnostique puisqu’une étude en DWI a montré que l’indice de
diffusivité hippocampique renforce l’efficacité diagnostique de la
mesure volumétrique de l’hippocampe [32], un résultat qui reste à
confirmer au moyen de la DTI. Enfin, les informations sur la
connectivité structurale obtenues en DTI apportent des arguments
qui étayent l’hypothèse d’une dysconnexion entre les régions
hippocampique et cingulaire postérieure suggérée par les résultats
d’imagerie fonctionnelle au repos. La DTI apparaît donc comme une
technique complémentaire pour mieux comprendre la physiopathologie
de la MA.
Contribution de l’IRMf et de la TEP en activation
L’utilisation de l’imagerie fonctionnelle au repos dans l’étude des
altérations fonctionnelles de la MA présente plusieurs limites. En
effet, il demeure impossible, avec ce type de mesure, de dissocier
les modifications liées à une activité mentale différente entre les
patients et les sujets contrôles pendant le repos (sollicitant
différents réseaux cérébraux), des modifications qui témoignent
d’altérations fonctionnelles lors d’activités mentales identiques.
Ceci peut être résolu en contraignant les sujets à effectuer une
même tâche cognitive pendant la mesure de l’activité cérébrale,
c’est-à-dire en utilisant l’imagerie cérébrale fonctionnelle en
activation. Cette approche s’appuie sur les différentes techniques
d’imagerie cérébrale hémodynamique décrites précédemment. Elle
permet ainsi d’appréhender deux aspects des modifications
fonctionnelles dans la MA : d’une part, les altérations
fonctionnelles liées à la pathologie et, d’autre part, les
éventuels mécanismes de compensation.
Les résultats d’imagerie fonctionnelle en activation dans la MA
sont variés et souvent hétérogènes du fait des fortes variabilités
inter-études inhérentes à cette méthode. En effet, de nombreux
facteurs peuvent contribuer à cette variabilité et principalement
la diversité des tâches cognitives utilisées, ainsi que le stade de
gravité de la maladie. Nous présentons ici uniquement les résultats
majeurs des études d’imagerie fonctionnelle en activation dans la
MA et au stade prédémentiel de la maladie.
La diminution des activations chez les patients atteints de la
MA avérée par rapport aux sujets contrôles est retrouvée de manière
consensuelle uniquement au sein de la région hippocampique [23,
33]. En effet, pour les autres structures cérébrales (y compris le
gyrus cingulaire postérieur), les résultats sont très hétérogènes,
rapportant soit des hypo-, soit des hyperactivations, ou encore
l’absence de différence entre les groupes, même pour des tâches
relativement proches.
En outre, l’hypoactivation hippocampique ne semble pas être liée
uniquement à une altération structurale, mais aussi à une atteinte
fonctionnelle supplémentaire [33]. Pour expliquer cette altération
fonctionnelle, les auteurs émettent l’hypothèse d’une
désorganisation fonctionnelle interne de la structure ou encore
d’un engagement moindre de la formation hippocampique dans des
tâches de mémoire épisodique. Cette atteinte fonctionnelle
supplémentaire est toutefois en apparente contradiction avec les
données fonctionnelles observées au repos dans la MA où le
dysfonctionnement hippocampique apparaît moins important que son
atteinte structurale. L’hypoactivation hippocampique illustre une
fois encore la complexité des altérations fonctionnelles
hippocampiques dans la MA qui semblent varier selon l’activité
cognitive des patients.
Les études d’activation permettent aussi d’identifier les
régions cérébrales qui sous-tendent les mécanismes compensatoires.
Ceux-ci ont été associés aux lobes frontaux dès les premières
études pour interpréter les hyperactivations retrouvées chez les
patients dans cette région (figure 1E). Même si ces
résultats n’ont pas été observés de façon systématique, Rémy et al.
[34] ont renforcé l’idée d’une compensation frontale chez les
patients atteints de MA en rapportant une corrélation négative
entre le volume hippocampique et l’activité corticale au sein du
lobe frontal. Ils ont également complété ce résultat en montrant
une corrélation positive entre l’amplitude de l’activité frontale
et les performances des patients, ce qui suggère que cette
activation frontale joue effectivement un rôle compensatoire.
Enfin, ce résultat a été renforcé par d’autres études utilisant les
mêmes méthodologies, mais aussi par une étude de connectivité qui
suggère le recrutement d’un réseau préfrontal supplémentaire chez
les patients lors de tâches sémantique et épisodique [35].
L’ensemble de ces données, issues de méthodes d’analyse
complémentaires, semble donc confirmer que les patients atteints de
MA présenteraient une hyperactivité frontale compensatoire.
Celle-ci est généralement interprétée comme une mise en œuvre plus
importante des ressources attentionnelles et/ou des fonctions
exécutives par les patients pour effectuer la même tâche que les
sujets âgés sains.
En ce qui concerne les dissociations structuro-métaboliques
observées en IRM anatomique et en TEP-18FDG, l’IRMf en
activation couplée à l’IRM anatomique dans la MA a permis, comme
l’IRMf au repos, de renforcer l’hypothèse d’un effet à distance de
l’atrophie hippocampique sur le métabolisme du gyrus cingulaire
postérieur. En effet, Rémy et al. [34] ont rapporté une corrélation
positive entre le volume hippocampique et l’activité du gyrus
cingulaire postérieur lors d’une tâche de récupération en mémoire
épisodique. Néanmoins, dans cette même étude, l’absence de
corrélation avec l’activité lors de l’encodage souligne, là encore,
la complexité des relations entre ces deux régions.
Bookheimer et al. [36] ont été les premiers à mettre en évidence
une hyperactivation hippocampique paradoxale chez des sujets âgés
asymptomatiques présentant un risque de développer la MA (porteurs
d’au moins un allèle ε4 du gène de l’apolipoprotéineE - ApoE4),
lors d’une tâche de récupération en mémoire épisodique (figure 1D). En outre,
grâce à un suivi longitudinal, ils ont montré que cette
hyperactivation était prédictive du déclin cognitif ultérieur. Ce
résultat prometteur a depuis fait l’objet de nombreuses
investigations chez ces patients « à risque », porteurs du
gène de l’ApoE4, ainsi que chez les patients atteints de MCI [33].
Les résultats sont hétérogènes, en contraste avec ceux qui ont été
obtenus chez les patients atteints de MA. Cette hétérogénéité peut
là encore s’expliquer par la présence ou non de différences de
performances entre les patients et les sujets contrôles dans la
tâche effectuée, la diversité des méthodologies d’analyses
employées, des paradigmes et des contrastes cognitifs utilisés,
mais aussi par des différences de stade de gravité de la maladie.
En effet, une hypothèse intéressante propose que l’hyperactivation
hippocampique pourrait être transitoire et se manifester uniquement
à un stade précoce. Cette activité pourrait par la suite chuter en
dessous de celle des contrôles avec l’évolution de la maladie
[33].
Deux travaux récents semblent confirmer cette hypothèse d’une
hyperactivation hippocampique transitoire au stade précoce de la
maladie. Celone et al. [23] ont montré que des patients MCI dont
les performances cognitives étaient les plus altérées, présentaient
une hypoactivation hippocampique du même niveau que celle des
patients atteints de la MA, alors que les MCI dont les performances
cognitives étaient les moins altérées présentaient, au contraire,
une hyperactivation hippocampique. Dans une étude de cas portant
sur des sujets d’une famille porteuse d’une mutation génétique
d’une forme familiale de la MA, Mondadori et al. [37] ont observé
une hyperactivation hippocampique chez un sujet jeune dont les
performances cognitives étaient normales et une hypoactivation de
l’hippocampe chez un sujet de 45 ans qui remplissait les
critères diagnostiques de MCI.
De plus, l’observation d’une hyperactivation précoce donne un
argument supplémentaire aux hypothèses d’une compensation
fonctionnelle hippocampique, afin d’expliquer le faible
hypométabolisme hippocampique paradoxalement observé en
TEP-18FDG (cf. supra). En effet, cette suractivation
hippocampique pourrait témoigner d’un phénomène de compensation
afin d’obtenir des performances similaires aux sujets sains, ou
encore être la conséquence de modifications biologiques liées à la
maladie (rétrocontrôle cholinergique positif hippocampique et
augmentation de la neurogenèse au sein de cette structure, cf.
supra).
Enfin, il faut garder à l’esprit que l’activité neuronale
mesurée par l’imagerie cérébrale fonctionnelle en activation reste
une mesure indirecte. En effet, le signal enregistré n’est que le
reflet des modifications vasculaires à proximité des neurones
activés. Ainsi, D’Esposito et al. [38] rappellent qu’il faut rester
prudent car les modifications observées en imagerie fonctionnelle
hémodynamique pourraient également témoigner d’altérations du
couplage neurovasculaire liées à la MA. De fait, les dépôts
amyloïdes extraneuronaux caractéristiques de la maladie sont aussi
présents au niveau vasculaire et pourraient ainsi interférer avec
le couplage neurovasculaire, tout comme le rétrocontrôle
cholinergique positif, qui au-delà de son effet neuronal a un rôle
propre dans le couplage neurovasculaire [38].
L’imagerie cérébrale en activation est donc également un outil
précieux dans l’étude de la MA, puisqu’elle permet de compléter
l’étude des connexions corticales entre les structures altérées et
de mieux comprendre les paradoxes entre les altérations
structurales et fonctionnelles. De plus, elle est la technique
d’imagerie la plus appropriée pour étudier les compensations
fonctionnelles mises en place par les patients. Toutefois, les
observations demeurent hétérogènes et de nombreux aspects restent à
préciser et à comprendre.
Conclusion
La neuro-imagerie a donc permis d’identifier, chez des patients
souffrant de MCI, un marqueur diagnostique potentiel permettant
d’identifier de façon fiable ceux qui évolueront vers la MA :
l’hypométabolisme du cortex temporo-pariétal droit. Ce marqueur
s’est avéré plus efficace que les mesures psychométriques ou
volumétriques. De plus, les différentes techniques de
neuro-imagerie présentées dans cette synthèse apparaissent
complémentaires pour comprendre les altérations cérébrales
anatomiques et fonctionnelles. Cette complémentarité a d’ailleurs
été mise à profit pour mieux comprendre les mécanismes
physiopathologiques associés à la MA par Buckner et al. [39]. Ces
auteurs ont exploité les données acquises dans différentes études
avec 5 techniques de neuro-imagerie : l’IRM anatomique, la
TEP-H2150 (désactivations), la
TEP-18FDG au repos, l’IRMf en activation et la TEP-PIB
(PIttsburgh compound-B). La TEP-PIB est particulièrement
prometteuse puisqu’il s’agit d’une technique de neuro-imagerie
cellulaire qui permet de visualiser in vivo les dépôts amyloïdes.
Dans cette étude, le couplage de techniques étudiant le
fonctionnement cérébral au repos à la TEP-PIB a d’ailleurs révélé
un lien topographique entre l’altération du REB et les dépôts
amyloïdes, en particulier au niveau cingulaire postérieur. Ainsi,
la neuro-imagerie cellulaire des dépôts amyloïdes et des DNF (pour
revue, voir [40]) ouvre des perspectives intéressantes pour
appréhender et comprendre les modifications cérébrales
macroscopiques au regard des lésions neuropathologiques
caractéristiques de la MA.
Remerciements
Les auteurs remercient Grégoria Kalpouzos et Katell Mevel pour leur
contribution à la rédaction de cette synthèse.
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