Analyse théorique du réseau cérébral des patients souffrant de glaucome primitif par fermeture de l’angle

Contexte de l’étude

Le glaucome est une maladie oculaire mondiale entraînant la cécité, caractérisée par des lésions du nerf optique et une pression intraoculaire élevée (Kang et Tanna 2021). Parmi les différents types de glaucome, le glaucome primitif par fermeture de l’angle (Primary Angle-Closure Glaucoma, PACG) est particulièrement répandu en Asie (Chan et al. 2016). Les causes du PACG sont complexes, incluant un angle de la chambre antérieure rétréci, un encombrement de la chambre antérieure causant sa fermeture (Sun et al. 2017), un épaississement de la choroïde (Zhou et al. 2013; 2014), ainsi qu’une expansion de la choroïde (Kumar et al. 2008), conduisant finalement à une augmentation de la pression intraoculaire. Des facteurs environnementaux comme les conditions de luminosité peuvent aussi influencer la taille des pupilles, affectant ainsi l’angle de la chambre antérieure. De plus, la perte des cellules ganglionnaires rétiniennes est également une caractéristique pathologique importante du glaucome, et des études montrent que ces dommages peuvent conduire à une atrophie du nerf optique et des faisceaux, affectant ensuite le corps genouillé latéral et les rayonnements optiques, conduisant finalement à des changements dégénératifs dans le cortex visuel (You et al. 2021; Rossiter 2015; Chen et al. 2013).

Les recherches antérieures sur l’imagerie neurologique du glaucome se sont principalement concentrées sur les anomalies structurelles et fonctionnelles du cerveau chez les patients atteints de différents types de glaucome, telles que les différences de volume total de matière grise (Jiang et al. 2018), les anomalies de connectivité fonctionnelle locale et éloignée (Fu et al. 2022), ainsi que les changements d’activité neuronale dépendants de la fréquence (Jiang et al. 2019). Bien que ces recherches aient fait des progrès dans la révélation des mécanismes neurologiques du glaucome, les études sur le réseau fonctionnel cérébral des patients atteints de glaucome sont encore relativement limitées.

Les techniques modernes d’imagerie neurologique ont considérablement stimulé les progrès de la recherche sur le glaucome. Parmi elles, l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI) est largement utilisée pour explorer les changements des mécanismes neurologiques impliqués dans le glaucome. Les recherches passées ont observé des modifications étendues des structures et fonctions cérébrales chez les patients atteints de glaucome à travers la fMRI, affectant par exemple les régions du cerveau impliquées dans les voies visuelles (Jiang et al. 2019), ainsi que les régions principalement affectées par les émotions (Chen et al. 2019).

Source de l’article

Cet article a été rédigé par Ri-Bo Chen, Xiao-Tong Li et Xin Huang, avec une contribution égale de Ri-Bo Chen et Xiao-Tong Li. Les auteurs sont affiliés au département de radiologie de l’Hôpital des Peuples de la province du Jiangxi, au Premier Hôpital affilié à l’École de Médecine de Nanchang et au Queen Mary School of Medicine de Jiangxi. Cet article a été publié en 2024 dans la revue « Brain Topography » éditée par Springer.

Méthodologie de l’étude

L’article utilise des techniques d’analyse de la théorie des graphes pour construire des réseaux fonctionnels cérébraux à partir de données fMRI et analyser les indicateurs globaux, les indicateurs des nœuds, la modularité et les analyses statistiques du réseau chez les patients atteints de PACG.

Participants de l’étude

L’étude a inclus 44 patients diagnostiqués avec un PACG et 44 témoins sains. Les participants proviennent de l’Hôpital des Peuples de la province du Jiangxi, et l’étude a été approuvée par le comité d’éthique. Les critères d’inclusion pour les patients PACG comprenaient un angle de chambre antérieure confirmé comme rétréci, des défauts de champ visuel liés au glaucome, absence de traitement antérieur pour le glaucome, pas d’antécédents de traumatisme crânien, pas de maladies neurologiques ou psychiatriques, absence de contre-indications à l’IRM. Les témoins sains devaient ne pas avoir de maladies oculaires connues, pas d’antécédents de traumatisme crânien, pas de maladies neurologiques ou psychiatriques, pas de contre-indications à l’IRM, et ils étaient appariés en âge, sexe et niveau d’éducation avec le groupe PACG.

Acquisition et prétraitement des données d’imagerie

Tous les participants ont été scannés au repos les yeux fermés, en utilisant un scanner IRM 3T avec une bobine de tête à huit canaux, en utilisant une séquence d’imagerie écho de gradient pour capturer les changements BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) des données fMRI. Le traitement des données a été effectué en utilisant MATLAB 2013a, DPABI et SPM12, incluant la conversion DICOM à NIFTI, la correction du temps de tranche, la correction des mouvements de la tête, le réenregistrement des images BOLD, la normalisation à l’espace MNI, le lissage gaussien, la suppression des tendances linéaires et le filtrage passe-bande.

Construction du réseau cérébral

En utilisant le logiciel GRETNA, le cerveau a été segmenté en 90 régions basées sur le modèle AAL, calculant le coefficient de corrélation de Pearson pour chaque paire de séries temporelles BOLD des nœuds, générant une matrice de corrélation 90×90 pour chaque participant et normalisant les matrices de corrélation par la transformation de r à z de Fisher pour la comparaison intergroupes.

Analyse du réseau

Indicateurs globaux et des nœuds

En utilisant des valeurs de Sparsity allant de 0.05 à 0.50 par intervalles de 0.01, les indicateurs globaux et locaux du réseau cérébral ont été examinés, calculant l’aire sous la courbe (AUC) des indicateurs du réseau à plusieurs niveaux de densité pour révéler les changements des caractéristiques topologiques du réseau cérébral. Les indicateurs globaux (comme les petites mondes, l’efficacité du réseau) et les indicateurs des nœuds (comme la centralité de contrainte, la centralité de degré, l’efficacité des nœuds) ont été calculés.

Analyse de la modularité

Les 90 régions cérébrales ont été divisées en 9 modules fonctionnels pour quantifier les connexions intramodulaires et intermodulaires, révélant les propriétés de connexion de chaque région cérébrale. L’analyse de la modularité montre que seules les connexions au sein du module 5 (principalement les régions occipitales) présentent une différence significative entre les groupes PACG et témoins sains.

Analyse des connexions

La statistique de base du réseau (NBS) a été utilisée pour quantifier les différences dans la force de la connectivité fonctionnelle du réseau cérébral, en utilisant des tests de permutation non paramétriques pour améliorer la précision des résultats statistiques.

Analyse statistique

SPSS 16.0 a été utilisé pour comparer les variables cliniques et évaluer les différences inter-groupes des paramètres globaux du réseau et des paramètres des nœuds régionaux à l’aide de tests t pour échantillons indépendants, en incluant l’âge, le sexe, le niveau d’éducation et les mouvements de la tête comme covariables.

Analyse de validation

Pour valider la fiabilité des résultats, une analyse complémentaire utilisant le modèle AAL 116 a été réalisée.

Résultats de l’étude

Données démographiques et mesures visuelles

Aucune différence significative n’a été trouvée entre les deux groupes en termes de sexe et d’âge, mais une différence significative a été notée dans la meilleure acuité visuelle corrigée (BCVA). Les patients atteints de PACG avaient une capacité visuelle significativement plus faible dans les yeux gauche et droit par rapport au groupe témoin sain. Les détails sont fournis dans le tableau 1.

Résultats des indicateurs globaux

Dans l’analyse du réseau cérébral, aucune différence significative n’a été trouvée entre les patients PACG et les témoins sains en termes de propriétés de petite monde et d’efficacité du réseau, indiquant qu’il n’y a pas de changement significatif dans les caractéristiques de connectivité globale du réseau cérébral entre les deux groupes.

Résultats des indicateurs des nœuds

Il a été découvert que la centralité des nœuds et l’efficacité des nœuds dans le médium frontal supérieur gauche, le médium frontal supérieur droit et le médium occipital droit étaient significativement augmentées chez les patients PACG, tandis que la centralité des nœuds et l’efficacité des nœuds dans le gyrus temporal supérieur droit étaient significativement diminuées, indiquant des modifications significatives de la connectivité dans ces régions cérébrales chez les patients PACG.

Résultats de l’analyse de la modularité

Dans l’analyse des connexions intramodulaires et intermodulaires, il a été trouvé que le module 5 (région occipitale) présentait un mode de connexion unique chez les patients PACG, et les forces de connexion entre le module 1 et les modules 7 et 8 présentaient des différences significatives, reflétant des changements dans les modes de connectivité fonctionnelle de certaines régions cérébrales.

Résultats de l’analyse NBS

En ce qui concerne la connectivité fonctionnelle du réseau cérébral, la connectivité fonctionnelle chez les patients PACG était significativement augmentée, principalement impliquant les régions frontales, occipitales et temporales. Cependant, la force de connexion fonctionnelle dans certaines régions sous-corticales et temporales était significativement diminuée.

Conclusion et importance

Les patients PACG présentent des modifications importantes des indicateurs des nœuds et de la modularité du réseau fonctionnel cérébral, notamment dans les régions frontales, occipitales, temporales et du cervelet. Cependant, l’analyse montre qu’il n’y a pas de changement significatif dans le mode de connectivité global du réseau cérébral chez les patients PACG. Les résultats de l’étude peuvent servir de signes pour le diagnostic précoce et la différenciation du PACG, et l’intervention ciblée dans les zones cérébrales avec une centralité et une efficacité des nœuds élevées peut aider à optimiser les schémas de traitement.

Les recherches futures pourraient valider et explorer davantage les changements fonctionnels du réseau cérébral chez les patients PACG par des études longitudinales et avec des échantillons de taille plus grande, fournissant une base théorique plus précise pour les interventions et traitements cliniques.