Étude des caractéristiques de la connectivité structurelle chez les patients atteints de lésions cérébrales et de symptômes de santé chroniques

Contexte académique

Le traumatisme crânien (Traumatic Brain Injury, TBI) est l’une des principales causes de mortalité et de handicap post-traumatique. Même pour les TBI de légère à modérée, de nombreux patients continuent de souffrir d’un ensemble complexe de symptômes appelés “syndrome post-commotionnel”, qui comprend des maux de tête, des vertiges, de la fatigue ainsi que divers symptômes cognitifs, sensoriels et émotionnels. L’une des pathophysiologies sous-jacentes de ces symptômes est la lésion axonale diffuse (Diffuse Axonal Injury, DAI), considérée comme entraînant une déconnexion entre les réseaux cérébraux, compromettant ainsi l’intégrité de ces réseaux. Cependant, la détection et l’évaluation de la DAI présentent des défis, car il est difficile de visualiser ces lésions avec les imageries traditionnelles CT ou IRM.

Ces dernières années, l’imagerie par tenseur de diffusion (Diffusion Tensor Imaging, DTI), une méthode d’imagerie non invasive, a prouvé son utilité pour étudier l’intégrité structurelle du cerveau et les altérations subtiles des propriétés des réseaux. Des études ont démontré que les analyses de connectivité structurelle et fonctionnelle réalisées avec la DTI sont largement utilisées pour évaluer la connectivité réseau à divers degrés de lésions cérébrales.

Origine de l’étude

Cet article intitulé “Characteristics of the Structural Connectivity in Patients with Brain Injury and Chronic Health Symptoms: A Pilot Study” a été rédigé par Xiaojian Kang, Byung C. Yoon, Emily Grossner, Maheen M. Adamson et al. Les établissements de recherche incluent le système de soins de santé VA Palo Alto et la faculté de médecine de l’université de Stanford, et l’article a été publié dans le journal Neuroinformatics en 2024.

Objectifs et méthodes de l’étude

L’objectif principal de cette étude est de déterminer si l’analyse de la connectivité structurelle basée sur la DTI peut être utilisée pour détecter les différences dans la connectivité de la matière blanche cérébrale entre les patients atteints de lésions cérébrales (avec ou sans symptômes chroniques) et un groupe de contrôle en bonne santé. L’identification de ces caractéristiques d’imagerie est cruciale pour le pronostic clinique et la gestion des patients atteints de lésions cérébrales.

Processus de l’étude

L’étude comprend 46 participants, dont 13 témoins en bonne santé (CG) et 33 patients souffrant de lésions cérébrales de légère à sévère. Parmi les 33 patients, 17 ont signalé des symptômes chroniques (TBICS), et 16 n’en ont pas signalé (TBINCS). Les participants ont subi des entretiens cliniques détaillés pour collecter des informations sur l’historique de leurs lésions cérébrales et de leurs symptômes chroniques.

Les données d’imagerie ont été obtenues à l’aide d’un scanner GE 3T Discovery MR750, incluant une imagerie pondérée en T1 à haute résolution et une imagerie pondérée en diffusion (DWI). Le traitement des données a été réalisé avec le logiciel FreeSurfer 7.0 pour la prétraitement des images anatomiques, incluant la normalisation de l’intensité, la segmentation des images et l’alignement des surfaces.

Le traitement des données DTI a été réalisé avec le logiciel MRtrix3, incluant des étapes telles que la suppression du bruit, la suppression des artefacts de Gibbs, la correction de la distorsion et la correction des biais. Une matrice de connectivité structurelle (SC) et une matrice de fraction d’anisotropie moyenne (MFA) ont été finalement générées.

Analyse des données

La méthode des statistiques de base des réseaux (NBS) a été utilisée pour comparer la SC et la MFA entre différents groupes, et un test de permutation aléatoire a été réalisé. En outre, les différences entre les connexions contralatérales (contralateral) et ipsilatérales (ipsilateral) ont été calculées pour étudier la réponse du réseau fonctionnel cérébral aux lésions.

Principaux résultats

Différences dans la connectivité structurelle (SC) et la fraction d’anisotropie moyenne (MFA)

Des réductions significatives de la SC et de la MFA ont été observées entre le groupe TBICS et le groupe CG, mais aucune différence significative n’a été observée entre le groupe TBINCS et le groupe CG. Plus précisément, le groupe TBICS a montré une SC plus basse dans huit connexions ipsilatérales et trois connexions contralatérales, ainsi qu’une réduction significative de la MFA dans 27 connexions différentes. Ces résultats suggèrent que les symptômes chroniques sont étroitement liés à une diminution de la connectivité du réseau cérébral et à des altérations de la structure de la matière blanche.

Connexions contralatérales et ipsilatérales

Chez tous les participants, les connexions contralatérales ont montré une SC significativement réduite par rapport aux connexions ipsilatérales, mais les connexions contralatérales des groupes TBICS et TBINCS ont montré des MFA plus élevées que celles du groupe CG. Certaines régions cérébrales (comme le cortex préfrontal et l’insula) ont montré des connexions contralatérales plus fortes, suggérant que ces régions pourraient jouer un rôle important dans la reconstruction du réseau après une lésion cérébrale.

Conclusion

Les résultats de cette étude illustrent la relation entre les lésions cérébrales et la connectivité structurelle ainsi que les propriétés de diffusion, et suggèrent que ces caractéristiques d’imagerie pourraient être liées à des symptômes à long terme associés aux lésions cérébrales légères. En particulier, chez le groupe TBICS, la réduction de la connectivité du réseau et de la fraction d’anisotropie dans plusieurs régions anatomiques pourrait contribuer à la détection de lésions cérébrales subtiles et à la prédiction des résultats cliniques.

Importance de l’étude

Cette étude montre que la connectivité structurelle et les propriétés de diffusion peuvent servir de marqueurs d’imagerie potentiels pour les symptômes associés aux TBI chroniques, car les imageries traditionnelles CT et IRM ne révèlent souvent pas les lésions de la matière blanche liées aux TBI. Des mesures de DTI pendant la période aiguë à subaiguë peuvent aider à prédire les résultats fonctionnels et à fournir des plans de gestion et de traitement optimisés pour les victimes de TBI.

En outre, cette approche pourrait être utile pour étudier la pathophysiologie d’autres maladies du système nerveux, telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson. Ces découvertes orientent les futures recherches en explorant plus en détail si des changements spécifiques de connectivité rendent les patients atteints de TBI plus susceptibles de développer diverses maladies neurodégénératives.

Points forts de l’étude

Le point fort principal de cette étude réside dans la découverte de caractéristiques d’imagerie uniques chez les patients atteints de TBI avec symptômes chroniques, démontrant le potentiel de l’analyse de la connectivité structurelle pour détecter et évaluer les lésions cérébrales subtiles. Bien que l’échantillon soit relativement petit, les résultats de l’étude jettent les bases pour des recherches longitudinales à plus grande échelle, avec la perspective d’avoir un impact significatif sur le pronostic et la gestion des patients atteints de TBI.

Limites et perspectives

Cette étude présente certaines limites, telles que l’influence potentielle de l’historique médical des participants sur les résultats, des proportions de sexe inégales entre les groupes, et une taille d’échantillon relativement petite. De plus, la qualité de l’imagerie et la comparaison entre différentes études de connectivité posent également des défis. Les recherches futures devraient envisager des échantillons de plus grande taille, des études longitudinales sur une plus longue période, et une segmentation des différents types de lésions cérébrales pour une compréhension plus complète des effets à long terme des TBI.