Prof E.Constant Cliniques Universitaires Saint-Luc Bruxelles

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1 Prof E.Constant Cliniques Universitaires Saint-Luc Bruxelles
Apport de l’imagerie cérébrale et de la neuropsychologie en psychiatrie Prof E.Constant Cliniques Universitaires Saint-Luc Bruxelles

2 Divers niveaux d’architecture cérébrale

3 Différentes techniques

4 Séquence d’événements électriques et métaboliques

5 Méthodes d’imagerie des fonctions cognitives

6 Méthodes d’imagerie des fonctions cognitives

7 Imager le cerveau en fonctionnement
Définition de la neuroimagerie cognitive Imager le cerveau en fonctionnement Identifier les régions du cerveau dont la mise en jeu est associée à la réalisation d’une tâche cognitive donnée Notion de localisation cérébrale : une fonction = une région ? A une fonction cognitive correspond un réseau de régions cérébrales données Notion d’activation : approche hémodynamique : TEP, IRMf approche électromagnétique : EEG, PE, MEG

8 Structurale : - Ct scan - IRM
Types de neuro-imagerie Structurale : Ct scan IRM Fonctionnelle : SPECT TEP IRMf

9 Single photon emission computed tomography
SPECT Single photon emission computed tomography Capture des photons émis par des radio-éléments gamma : 99mTc, 67Ga, 111In, 123I 99mTc-HMPAO : mesure du débit sanguin cérébral Inconvénients : pas de mesure possible du métabolisme cérébral - résolution faible (moins bonne que TEP)

10 Tomographie par émission de positrons
TEP Tomographie par émission de positrons Atome : noyau : protons (+) neutrons électrons (-) Nombre d’électrons = nombre de protons

11 Cyclotron Système circulaire d’accélération des protons produisant des protons à haute énergie cinétique Le proton va être converti en : un neutron un positron = un électron à charge (+)

12 Caméra Détecte les paires de photons générés par la réaction d’anihilation produite par la rencontre d’un positron avec un électron; 2 photons émis à 180° Anneau de détecteurs

13 [150] : consommation en oxygène [H215O] : débit sanguin cérébral (CBF)
Types de radio-isotopes utilisés [150] : consommation en oxygène [H215O] : débit sanguin cérébral (CBF) [18F-fluorodéoxyglucose] : métabolisme cérébral [11C-flumazenil] : récepteurs centraux aux BZD [11C-N-méthylspipérone] : récepteurs cérébraux à la dopamine

14 Types d’études Réceptologie Repos : débit sanguin cérébral (CBF) métabolisme cérébral au glucose (FDG) Activation : a = repos b = tâche d’activation b – a = activation due à la tâche accomplie a – b = désactivation

15 Protocole d’activation

16 Activation - Repos Activation Repos

17 IRMf

18 Sang oxygéné et déoxygéné : propriétés magnétiques différentes
Activation :  débit sanguin >  consommation oxygène

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21 Combinaison des techniques

22 La Dépression majeure

23 Mémoire de travail (à court terme) verbale > visuo-spatiale
Principaux troubles cognitifs Mémoire de travail (à court terme) verbale > visuo-spatiale Mémoire épisodique ( à long terme) surtout verbale pas spécifique (démence !) contemporaine de la dépression fonction de la sévérité de la dépression surtout problème de récupération (démence : surtout problème d’encodage) diminution des ressources de traitement de l’information - trouble de la métamémoire phénomène de congruence à l’humeur (items « dépressifs » mieux mémorisés)

24 Principaux biais cognitifs (suite)
Attention ralentissement psycho-moteur biais attentionnel pour information à valence émotionnelle négative Fonctions exécutives adaptation à des situations nouvelles rôle du cortex dorso-latéral préfrontal coordonner la réalisation de 2 tâches simultanées détecter et corriger des erreurs maintien de l’attention soutenue changement de stratégie d’action

25 Etude de M.S. Bauchsbaum ( Biol. Psychiatry, 1997, 41;15-22)
TEP (Tomographie par émission de Positrons) Avant et après 10 semaines R/ Sertraline Résultats :  métabolisme : lobe frontal médian cingulum thalamus

26  métabolisme frontal et cingulaire
Biol. Psychiatry, 1997, 41;15-22

27 Importance du cingulum (Circuit de Papez)

28 Modélisation de la dépression

29 The neuropsychiatry of limbic and subcortical disorders American Psychiatric Press

30 The neuropsychiatry of limbic and subcortical disorders American Psychiatric Press

31 La schizophrénie

32 Avons-nous des arguments pour penser qu’il y aurait eu un problème de migration neuronale dans la schizophrénie ?

33 Etudes neuro-histologiques
Hippocampe : cellules pyramidales en désordre Cortex préfrontal et occipital : neurones compactés dans les couches profondes  problèmes de connectivité neuronale

34 Cortex préfrontal

35 Pourquoi des symptômes psychotiques si tard ?
Atteinte de migration neuronale (préfrontale) Atteinte silencieuse jusqu’à maturation cérébrale (myélinisation complète à l’adolescence) Interaction entre neurotransmetteurs (dopamine) et facteurs neuro-hormonaux (décharge de cortisol à l’adolescence)

36 Neuroimagerie de la schizophrénie
CT scan et IRM Ventricules élargis (latéraux et 3ème)

37 IRM Normal Schizophrénie

38 Activation durant WCST
1. Berman K.F., Arch. Gen. Psychiatry, 1986, Vol 43, Non activation du cortex dorsolatéral pré-frontal (DLPF) Corrélation activité DLPF et performances Normal Schizophrène

39 IRMf : Tâche de fluence verbale
 activité cortex DLPF  activité gyrus temporal supérieur Dysfonctionnement des circuits fronto-temporaux

40 fMRI and cognitive dysfunction in schizophrenia Rachel L. C
fMRI and cognitive dysfunction in schizophrenia Rachel L.C. Mitchell and al., Trends in Cognitive Sciences, February 2001, vol 5, N°2, 71-81 Coordination anormale de l’activité entre les lobes frontaux et temporaux Durant génération intrinsèque de mots : - sujet contrôle : lobe frontal supprime activité temporale schizophrène : activité temporale non réprimée Schizophrène interprète faussement une stimulation auditive interne comme prevenant de l’extérieur

41 Décharge corrolaire (suite)
« Mon père me parle » « Je pense que mon père me parle » Copie conforme du Cx frontal au Cx auditif Nécessite coordination fronto-temporale Schizophrénie : dysfonctionnement fronto-temporal  Conséquence : un acte autogénéré peut être considéré comme un acte extérieur

42 Changement de volume cérébral dans le premier épisode de schizophrénie
Premier épisode de schizophrénie (n=34) et sujets contrôles (n=36) IRM obtenue à l’inclusion et un an plus tard Volume cérébral total et volume de substance grise est significativement diminué chez les patients par comparaison au sujets contrôles (et volume des ventricules latéraux est significativement augmenté) Cahn W, et al. Arch Gen Psychiatry. 2002;59(11):

43 La perte de susbtance grise durant la première année de maladie prédit le devenir clinique à 5 ans
Gray Matter Volume Change (cm3) T1-T0 40 30 20 10 -20 -40 -60 -80 Negative Symptoms at T5* Mean Total Number of Needs at T5** Lateral Ventricle Volume Change (cm3) T1-T0 1.4 1.0 .8 .4 6 4 2 -2 -4 8 .2 .6 1.2 *r=-0.54, df=27, p= **r=0.54, df=27, p=.003. Cahn W, et al. Br J. of Psychiatry, 2006, 189:

44 Perte de matière grise chez patients plus chroniques
T5 : déficits de matière grise dans gyrus frontal supérieur gauche, temporal supérieur gauche, noyau caudé droit et thalamus droit van Haren NE, 2007

45 Caractéristiques de la perte de matière grise
van Haren NE, 2007

46 Caractéristiques de la perte de matière grise
La perte est plus prononcée au niveau frontal et temporal Une perte importante de substance prédit un mauvais devenir fonctionnel van Haren NE, 2007

47 Caractéristiques de la perte de matière grise
van Haren NE, 2007

48 Caractéristiques de la perte de matière grise
van Haren NE, 2007

49 Fraterie saine de patients avec schizophrénie infantile
Perte de matière grise dans le cortex préfrontal gauche et temporal bilatéral Perte de matière grise présente au niveau cortex préfrontal chez des patients à hauts risque de psychose Maturation cérébrale durant l’adolescence Gogtay N., 2007

50 Le trouble bipolaire

51 Cortex préfrontal  débit sanguin et métabolisme en dépression
Cingulum antérieur sous-génual :  débit et métabolisme en dépression  débit et métabolisme en manie Devrets WC, Nature, 1997;

52 Bipolaires euthymiques
Activation durant une épreuve d’attention soutenue (CPT) Bipolaires euthymiques Scores identiques aux sujets contrôles  activation régions émotionnelles cx préfrontal ventrolatéral (6-7) amygdale/parahippocampe (3)  régions corticales compensatoires aires visuelles associatives (8-9) Strakowski SM, Neuropsychopharmacology, 2004;

53 Régions sous-corticales
Dépression bipolaire résistante  métabolisme préfrontal inversement corrélé à l’intensité de la dépression  métabolisme striatum, thalamus et amygdale positivement corrélé à l’intensité de la dépression La perte d’activation préfrontale conduit à la désinhibition de structures limbiques sous-corticales Ketter TA, Biol Psychiatry, 2001;

54 Ketter TA, Biol Psychiatry, 2001; 97-109

55  Cx dorso-latéral préfrontal  amygdale
Activation durant une épreuve de discrimination d’émotions faciales chez bipolaires stabilisés  Cx dorso-latéral préfrontal  amygdale Yurgelun-Todd D, Bipolar Disord, 2000;

56 Patients bipolaires en dépression et en manie Temps de réaction simple
Influence des stabilisateurs de l’humeur et antipsychotiques sur l’activation sous-corticale exagérée Patients bipolaires en dépression et en manie Temps de réaction simple Manie :  activité globus pallidus et Cx moteur primaire Dépression : activité Cx moteur primaire Si sous antipsychotiques ou stabilisateurs de l’humeur : moins d’activation  neuroprotection Caligiuri MP, Psychiatry Res, 2003;

57 Le syndrome de stress post-traumatique PTSD

58 Neuroimagerie de structure
Focalisée sur l’hippocampe Pourquoi ? Mémoire atteinte dans le PTSD - amnésie flashbacks apprentissage et concentration altérés - mémoires intrusives Hypothèses : régions cérébrales impliquées dans la mémoire (hippocampe, cortex préfrontal) interviennent dans les symptômes du PTSD

59 Volume de l’hippocampe chez adultes avec PTSD
Author PTSD group Controls Hippocampus Volume in PTSD Bremner, 1995 Male veterans (n=26) Male volunteers (n=22) Right = 8% smaller Gurvits, 1996 (n=6) - Non PTSD veterans (n=7) - Controls (n=8) Right = 30% smaller Left = 28% smaller Bremner, 1997 Child abuse (n=17) Controls (n=17) Left = 12% smaller Stein, 1997 Child sexual abuse females (n=21) Female controls (n=21) Left = 5% smaller Bremner, 2003 Child sexual abuse females (n=10) Non PTSD Child sexual abuse females (n=12) Controls (n=11) Right and Left = 16% to 19% smaller Shin, 2004 Firefighters (n=8) Right = 10% smaller

60 Bremner (Am. J. Psychiatry 152:7, July 1995)
Relation entre mémoire verbale et volume de l’hippocampe droit chez vétérans avec PTSD

61 Gurvits (Biol. Psychiatry 1996; 40:1091-1099)
Vétéran Non-PTSD Vétéran PTSD

62 Volume de l’hippocampe chez enfants avec PTSD
Author PTSD group Controls Hippocampus Volume in PTSD De Bellis, 1999 Maltreated children (n=44) Controls (n=61) No difference But smaller cerebral volume De Bellis, 2001 (n=9) Nonmaltreated Controls (n=9) Baseline : No difference After 2 years : No difference

63 De Bellis M., Biol. Psychiatry :50, 305-309, 2001
Volume de l’hippocampe moyen ajusté par rapport au volume cérébral

64 De Bellis M., Biol. Psychiatry :50, 305-309, 2001
La plasticité neurodéveloppementale pourrait masquer les effets du stress traumatique chez les enfants maltraités avec PTSD Les lésions de l’ hippocampe induites par le stress pourraient ne pas être présentes avant le développement postpubertaire

65 Volume de l’hippocampe chez enfants avec PTSD
Author PTSD group Controls Hippocampus Volume in PTSD De Bellis, 1999 Maltreated children (n=44) Controls (n=61) No difference But smaller cerebral volume De Bellis, 2001 (n=9) Nonmaltreated Controls (n=9) Baseline : No difference After 2 years : No difference Carrion, 2001 Children with trauma and PTSD symptoms (n=24) Controls (n=24) But - smaller cerebral volume - no frontal lobe asymmetry

66 Carrion V.G.., Biol. Psychiatry :50, 943-951, 2001
L’absence de diminution de l’hippocampe suggère l’existence d’une fenêtre critique durant laquelle les effets neurotoxiques associés au stress traumatique (glucocorticoïdes) affectent l’hippocampe Volume cérébral total réduit : suggère un effet plus généralisé tôt dans le développement (effets neurotoxiques des glucocorticoïdes moins bien localisés, dus à une distribution plus large des récepteurs tôt dans la vie)

67 Interprétation des données volumétriques
Facteur pré-existant Facteur co-occurant liaison causale liaison associative Conséquence de la maladie conséquence primaire conséquence de comorbidités (alcool, …)

68 Hypothèse de vulnérabilité : volume hippocampe réduit avant le trauma
Deux hypothèses possibles de la diminution de l’hippocampe Hypothèse de vulnérabilité : volume hippocampe réduit avant le trauma Hypothèse d’acquisition : volume hippocampe réduit après le trauma

69 Suivre de manière prospective le volume hippocampe après trauma
Bonne O., Am. J. Psychiatry 158:8, , August 2001 Suivre de manière prospective le volume hippocampe après trauma Résultats pas de différence entre sujet ESPT et non-ESPT à 1 semaine et 6 mois pas de réduction du volume hippocampe dans ESPT entre 1 semaine et 6 mois

70 Bonne O., Am. J. Psychiatry 158:8, 1248-1251, August 2001
Conclusions diminution volume hippocampe : pas un facteur de risque de développer un ESPT associée à un ESPT chronique ou compliqué (dépression, abus d’alcool,…)

71 Smaller hippocampal volume predicts pathologic vulnerability to psychological trauma
Gilbertson M.W. et al., Nature Neuroscience, 5, (2002) Population Vétérans avec ESPT et leurs jumeaux monozygotes - Vétérans sans ESPT et leurs jumeaux monozygotes Postulat Puisque les jumeaux monozygotes sont génétiquement identiques, toute différence de volume hippocampal entre les frères sera interprétée comme résultant de facteurs environnementaux.

72 Gilbertson M.W. et al., Nature Neuroscience, 5, 1242-1247 (2002)

73 Gilbertson M.W. et al., Nature Neuroscience, 5, 1242-1247 (2002)
Aucune corrélation entre la sévérité du ESPT et le volume de l’amygdale ou le volume cérébral total

74 Gilbertson M.W. et al., Nature Neuroscience, 5, 1242-1247 (2002)
Un antécédent d’abus dans l’enfance n’influençait pas les résultats Une histoire d’abus d’alcool ou le degré de dépression majeure n’expliquait pas les différences de volume de l’hippocampe observées

75 Gilbertson M.W. et al., Nature Neuroscience, 5, 1242-1247 (2002)
Le volume de l’hippocampe réduit - représente une condition pré-existante, un facteur de vulnérabilité familial plutôt que le produit neurotoxique de l’exposition traumatique peut prédisposer les individus à présenter des réponses émotionnelles conditionnées plus fortes ou persistantes Les conditions comorbides ne sont pas la source des différences de volume hippocampal observées chez les patients ESPT

76 Pourquoi un hippocampe réduit de taille dans l’ESPT ?
Zone riche en récepteurs aux glucocorticoïdes (RG) ESPT : sensibilité accrue des RG de l’hippocampe ESPT : vulnérabilité accrue à l’atrophie

77 Provocation de symptômes
Condition provocation de symptômes entendre le récit traumatique voir des images du trauma moins Condition contrôle entendre un récit neutre voir des images neutres donne Régions cérébrales impliquées dans la génération des symptômes de l’ESPT

78 Etudes de provocation de symptômes
Activité diminuée Cx prefrontal (Bremner, 1997, 1999; Liberzon, 1999; Rauch, ; Shin, 1999, 2001) - Cx pariétal et hippocampe (Bremner, 1997,1999) - Cx temporal (Bremner, 1997, 1999) Activité augmentée Cingulum postérieur et Cx moteur (Bremner, 1999) - Amygdale (Rauch, 2000)

79 Rauch, Arch. Gen. Psychiatry, 1996, 53:380-387

80 Rauch, Arch. Gen. Psychiatry, 1996, 53:380-387
Amygdale : évaluation d’une menace mémoire émotionnelle fight or flight Système Paralimbique : anxiété et hypervigilance, intégration émotionnelle Activation cortex visuel : images intrusives visuelles Aire de Broca (désactivation) : difficultés pour structurer les souvenirs

81 Liberzon, Biol. Psychiatry, 1999, 45:817-826

82 Stress aigu Broca (+) Thalamus (-) (+) (+) (+) Système paralimbique
Amygdale (+) (-) (-) (+) Cingulum Ant Hippocampe Cortex visuel

83 ESPT Broca (+) Thalamus (- -) (+++) (+) (+++) Système paralimbique
Amygdale ( -) (+) ( -) (+) Cingulum Ant Hippocampe Cortex visuel

84 Hippocampal Volume in PTSD before and after
Long-term Treatment with Paroxetine (9-12 months) Vermetten et al., Biol. Psychiatry, 2003;54:

85 WMS (Paragraph Recall) Delayed Recall in PTSD before and after Long-term Treatment with Paroxetine (9-12 months) Vermetten et al., Biol. Psychiatry, 2003;54:

86 Merci pour votre attention !