Changements dans le réseau fonctionnel du cerveau chez les patients atteints de coronaropathie : analyse en composantes indépendantes et analyse par théorie des graphes

Cet article publié dans la revue Brain Structure and Function, volume 229 de 2024, examine les changements dans la connectivité fonctionnelle (functional connectivity, FC) et les propriétés topologiques du réseau cérébral chez les patients atteints de coronaropathie (coronary heart disease, CHD). L’étude a été réalisée en collaboration par des scientifiques de plusieurs institutions, notamment l’Hôpital cardiovasculaire affilié à l’Université de Xiamen et la Faculté de médecine de l’Université de Xiamen. Les principaux auteurs incluent Simin Lin, Puyeh Wu et Shaoyin Duan, entre autres.

Contexte et motivation de l’étude

La coronaropathie est l’une des principales causes de décès dans le monde, et les patients sont confrontés à un risque accru de déficience cognitive et psychologique. Des recherches antérieures ont montré que la pathogenèse de la coronaropathie est étroitement liée à des facteurs inflammatoires (Li et al. 2017). La coronaropathie n’est pas seulement une maladie du système cardiovasculaire, mais elle est également associée à une série de facteurs de risque tels que l’hypertension, le diabète, l’obésité, le tabagisme, etc., lesquels peuvent également avoir un impact négatif sur les fonctions cognitives (Arntzen et al. 2011; Grodstein 2007). Des études ont révélé que les patients atteints de coronaropathie obtiennent de mauvais résultats aux tests neuropsychologiques, notamment en termes d’attention, de fonctions exécutives et de vitesse psychomotrice (Roberts et al. 2010). Cependant, le lien potentiel entre la coronaropathie et les traitements cognitifs de haut niveau reste encore peu exploré.

Source

Cet article a été publié le 9 novembre 2023 dans la revue Brain Structure and Function, éditée par Springer-Verlag GmbH Allemagne. L’équipe de recherche provient principalement de l’Hôpital cardiovasculaire affilié à l’Université de Xiamen, de la Faculté de médecine de l’Université de Xiamen, de GE Healthcare, etc., et la recherche a été financée par la Fondation des sciences naturelles de la province du Fujian.

Méthodologie de l’étude

Cet article utilise l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle au repos (resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI), ainsi que deux méthodes d’analyse : l’analyse en composantes indépendantes (independent component analysis, ICA) et l’analyse par théorie des graphes (graph theoretical analysis, GTA), pour étudier les changements dans les réseaux fonctionnels du cerveau des patients atteints de coronaropathie.

Processus expérimental

L’étude comprend 27 patients atteints de coronaropathie et 44 témoins sains appariés pour l’âge, le sexe et le niveau d’éducation. Tous les participants ont été soumis à un scan rs-fMRI. Le processus de l’étude inclut les étapes suivantes :

1. Acquisition et prétraitement des données : Utilisation d’un scanner IRM 3.0T de GE Healthcare pour obtenir toutes les données structurelles et fonctionnelles IRM. Les données sont prétraitées par les outils SPM12 et DPABI.
2. Analyse en composantes indépendantes (ICA) : L’analyse ICA est réalisée à l’aide de l’outil GIFT, identifiant 36 composantes indépendantes. Une analyse de corrélation temporelle permet d’identifier 12 réseaux fonctionnels.
3. Analyse par théorie des graphes (GTA) : Construction de réseaux cérébraux fonctionnels à l’aide de l’outil GRETNA. Le cerveau est segmenté en 90 régions d’intérêt (regions of interest, ROIs), et les coefficients de corrélation de Pearson entre ces régions sont calculés pour établir une matrice de corrélation 90×90 et analyser les indicateurs de réseau globaux et régionaux.

Traitement de l’échantillon et analyse des données

Les échantillons sont divisés en groupes de patients atteints de coronaropathie et de témoins sains, respectivement, pour l’analyse de la connectivité fonctionnelle intra et intergroupes. Les coefficients de corrélation de Pearson sont utilisés pour calculer les séries temporelles entre les réseaux fonctionnels, et les valeurs sont transformées en valeurs z à l’aide de la transformation z de Fisher. L’analyse par théorie des graphes est utilisée pour mesurer les indicateurs de topologie du réseau de petite monde et l’efficacité du réseau, afin d’explorer les différences entre les deux groupes.

Principaux résultats de l’étude

Résultats de l’analyse en composantes indépendantes

L’étude a identifié 12 réseaux fonctionnels, y compris les réseaux du mode par défaut antérieur et postérieur (anterior and posterior default mode networks, aDMN et pDMN), les réseaux frontopariétaux gauche et droit (left and right frontoparietal networks, LFPN et RFPN), les réseaux sensorimoteurs dorsal et ventral (dorsal and ventral sensorimotor networks, dSMN et vSMN), le réseau attention dorsal (dorsal attention network, DAN), le réseau attention ventral (ventral attention network, VAN), le réseau de saillance (salience network, SN), le réseau auditif (auditory network, AN), ainsi que les réseaux visuels médian et postérieur (medial and posterior visual networks, MVN et PVN).

Comparé au groupe témoin sain, les patients atteints de coronaropathie montrent les changements de connectivité fonctionnelle suivants : - Connectivité fonctionnelle accrue : connexion entre le pDMN et le MVN. - Connectivité fonctionnelle diminuée : connexions entre le LFPN et l’AN, et entre le DAN et le PVN.

Résultats de l’analyse par théorie des graphes

L’analyse par théorie des graphes révèle que les deux groupes montrent des réseaux cérébraux fonctionnels avec des propriétés de petite monde, indiquant un bon équilibre entre intégration et ségrégation du réseau. Toutefois, le réseau cérébral des patients atteints de coronaropathie montre une organisation topologique sous-optimale, avec une efficacité locale significativement réduite du putamen gauche.

Discussion

Cette étude révèle des changements significatifs dans la connectivité fonctionnelle et les propriétés topologiques des réseaux cérébraux chez les patients atteints de coronaropathie. L’augmentation de la connectivité entre le réseau du mode par défaut et le réseau visuel pourrait être liée à des traitements cognitifs de haut niveau et à la perception visuelle. Une diminution de la connectivité entre le réseau frontopariétal et le réseau auditif, ainsi qu’entre le réseau attention dorsal et le réseau visuel postérieur pourrait être associée à un déclin des fonctions exécutives, de l’attention et des capacités d’apprentissage du lexique auditif.

Concernant la topologie des réseaux de petite monde, bien que les patients atteints de coronaropathie et les témoins sains présentent des caractéristiques de petite monde, l’organisation topologique des patients atteints de coronaropathie est moins optimale, avec une efficacité locale réduite du putamen gauche, ce qui pourrait être lié au contrôle moteur.

Conclusion et valeur appliquée

L’étude montre l’impact de la coronaropathie sur les réseaux fonctionnels cérébraux, en particulier ceux liés aux fonctions cognitives de haut niveau. Ces découvertes enrichissent notre compréhension des changements fonctionnels cérébraux associés à la coronaropathie et des mécanismes neuronaux potentiels, et suggèrent que les patients atteints de coronaropathie nécessitent des mesures de protection cérébrale supplémentaires.

Points forts de l’étude

1. Augmentation de la connectivité fonctionnelle : Surconnectivité entre le réseau du mode par défaut et le réseau visuel, ce qui pourrait expliquer les troubles cognitifs chez les patients atteints de coronaropathie.
2. Diminution de la connectivité fonctionnelle : Réduction de la connectivité fonctionnelle entre le réseau frontopariétal et le réseau auditif, et entre le réseau attention dorsal et le réseau visuel postérieur, pouvant être liée au déclin des fonctions exécutives, de l’attention et des capacités d’apprentissage du lexique auditif.
3. Changements topologiques : Bien que les patients atteints de coronaropathie présentent des caractéristiques de petite monde, l’efficacité locale du putamen gauche est significativement réduite.

Cette étude révèle de manière préliminaire les changements dans les réseaux fonctionnels cérébraux chez les patients atteints de coronaropathie, et offre de nouvelles perspectives pour les recherches futures dans ce domaine. Des études ultérieures avec des échantillons plus larges et une évaluation plus complète des fonctions cognitives seront nécessaires pour confirmer ces découvertes.