Évaluation de la mémoire de travail spatiale chez les enfants et les adultes atteints de l’ETCAF : une étude d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle Krisztina Malisza, Ph.D. Institut du biodiagnostic Conseil national de recherches du Canada

IRMf Qu’essayons-nous de faire? Activité neurale en réaction à une tâche Où Détection Combien Quantifier

Que mesurons-nous avec l’IRMf? Métabolisme O2 dHb T2* Signal de RM Activité cérébrale Débit sanguin O2 dHb T2* Signal de RM La désoxyhémoglobine provoque une fluctuation dans le champ magnétique local sur une macro-échelle

Acquisition de données par l’IRMf fonction de réponse hémodynamique

Conception du bloc d’acquisition de données par l’IRMf  =

Objectifs : Déterminer la fonction cérébrale chez les enfants ou adultes atteints de l’ETCAF dans les domaines de l’attention, de la mémoire spatiale et de la mémoire de travail Mettre au point des techniques à base d’IRM pour aider à diagnostiquer l’ETCAF Déterminer s’il y a des régions de l’activité IRMf chez les sujets atteints de l’ETCAF par rapport aux sujets témoins à l’aide d’un test de mémorisation immédiate

Tests psychologiques Conçus pour mettre en corrélation les tâches IRMf Évaluer la fonction de mémoire de travail et l’attention. Test de désignation auto-ordonné (mémoire de travail visuelle et mémoire stratégique) Tâche de tri de cartes de Wisconsin (capacité de planification, souplesse cognitive, mémoire de travail, inhibition de la réaction, formation de concept et raisonnement) Test de performance continue (attention)

Tests psychologiques TDAO : différences importantes entre les enfants et les adultes (p < 0,05) erreurs plus grandes dans le groupe ETCAF que dans le groupe témoin globalement Écarts types : (p < 0,05) ETCAF = 17,8 ± 8,6 Témoin = 13,1± 8,6 TTCW : Aucune différence statistiquement significative chez les enfants tendance pour des différences entre les groupes favorisant les témoins chez les adultes (p < 0,1)

TPC : Principal effet de l’âge : Les enfants ont moins bien performé que les adultes pour les quatre indices (nbre de bonnes réponses, bonne latence de réponse, probabilité d’une réponse correcte positive) (critère Lambda de Wilkes) Effet principal sur le groupe : Le groupe atteint de l’ETCAF a présenté une performance semblable à celle du groupe témoin à l’égard de toutes les mesures sur les latences moyennes de bonne réponse Beaucoup plus long que les témoins p <0,01 Indique que les différences entre les groupes à l’égard des autres mesures n’étaient probablement pas attribuables aux différences entre les groupes dans la capacité de continuer à faire la tâche.010

Tâche N-back (n=0) Simple (2 1 4 3) (n=1) une-arrière (NR 2 1 4) (n=2) deux-arrière (NR NR 2 1)

Tâche N-back (n=1) Trou (NR 2 NR 4)

4 tâches IRMf : Saccade oculaire Mouvement des doigts Mémoire de travail (spatiale, objet) Apprentissage procédural Attention

Lobes du cortex cérébral Cortex frontal (CPFDL) mémoire de travail Corps calleux antérieur attention, choix de réponse Lobe pariétal discrimination, mémoire, perception spatiale Dans : Psychology, Canadian Edition. Ed. C. Wade, C. Tavris, D. Saucier, L. Elias, 2004, Prentice Hall, Toronto

Méthodes Sujets : Enfants (7 à 12 ans); adultes (18 à 33 ans) Enfant ETCAF n=14 Enfant témoin n=15 5 TNDLA, 6 SAFp, 3 SAF Adulte ETCAF n=10 Adulte témoin n=10 6 TNDLA, 1 SAFp, 3 SAF IRMf Système IRM Signa LX 1.5T de GE Imagerie par résonance magnétique écho- planaire en écho de gradient alternance de 3 états d’activité avec 4 états de repos (NR=56)

Analyse des données  50 % de bonnes réponses aux tâches IRMf Enfants (ETCAF:témoin): Trou : 9:14 1-arrière : 7:13 Adultes (ETCAF:témoin): Trou : 10:10 1-arrière : 6:9

Analyse des données SPM 99 (programme informatique) Images corrigées pour le mouvement, normalisées en fonction d’un gabarit d’adulte ou d’enfant puis lissées Activations individuelles dans les tâches plus difficiles (n=1) soustraites de la tâche simple (n=0) Activations affichées sur un gabarit T1

IRM fonctionnelle pédiatrique Problèmes en IRM fonctionnelle pédiatrique Conformité Minimiser l’angoisse de façon à pouvoir entrer dans le scanner Rester pour tout l’examen et rester immobile Mouvement Respiration Rythme cardiaque Niveau de performance des tâches Normalisation spatiale Caractérisation de la réponse hémodynamique dans le développement Comprendre les troubles cognitifs et comportementaux chez les enfants

Exécution des tâches IRMf par les enfants et les adultes ensemble Barres blanches : témoins; barres noires : participants SAF

Enfants (fille de 11 ans) trou-simple SAF SAFp Témoin

Enfants (fille de 11 ans) une-arrière-simple SAF SAFp Témoin

Adulte (femme) trou-simple TNDLA 26 ans SAF 25 ans Témoin 26 ans

Adulte (femme) une-arrière-simple TNDLA 26 ans SAF 25 ans Témoin 26 ans

Test t pour un échantillon (p <0,01), activité de groupe chez les enfants Trou - Simple ETCAF (n=9) Trou – Témoin simple (n=8) Une-arrière - Simple ETCAF (n=7) Une-arrière – Témoin simple (n=8)

Test t pour un échantillon (p <0,01), activité de groupe chez les enfants a) Trou - Simple ETCAF (n=10) b)Trou – Témoin simple (n=9) c) Une-arrière - Simple ETCAF (n=6) d) Une-arrière – Témoin simple (n=6)

Conclusions de l’IRMf Adultes et enfants Tous les sujets : Activations consistantes dans des régions du cerveau associées à la mémoire de travail (CPFDL bilatéral) et à l’attention (corps calleux) chez les participants atteints de l’ETCAF et les témoins Tous les sujets : - Activité accrue du cortex pariétal et frontal aux tranches supérieures avec augmentation de la difficulté des tâches ETCAF : Plus grandes activations dans le gyrus orbital et le gyrus frontal inférieur-médian observées chez les enfants et les adultes atteints de l’ETCAF (en particulier Blank) Anomalies structurelles du cerveau (réduction dans la taille du cortex orbito-frontal) observées auparavant (Sowell, cortex cérébrale 2002; 12:856) More parietal with task difficulty - consistent with previous studies showing neuronal activity of prefrontal and parietal cortex with greater WM loads. parietal - linked to accuracy and and effort to meet memory demands of a spatial task.

Conclusions de l’IRMf Enfants -tranches supérieures – tant les enfants atteints de l’ETCAF que les enfants témoins révèlent une activité pariétale et frontale accrue avec une augmentation de la difficulté des tâches ETCAF : plus grande activation du corps calleux et du cortex aux tranches du cerveau inférieur moins d’activité dans le cortex frontal avec augmentation de la difficulté des tâches Enfants témoins : - plus grande activation du corps calleux et du cortex frontal aux tranches du cerveau supérieur - Plus d’activité pariétale - Activité fonctionnelle frontale accrue avec augmentation de la difficulté des tâches (comparativement aux enfants atteints de l’ETCAF)

Conclusions de l’IRMf Adultes ETCAF et témoin : - tranches supérieures – activité frontale et pariétale accrue avec augmentation de la difficulté des tâches ETCAF : - activation plus grande du corps calleux et du cortex aux tranches du cerveau inférieur - activité plus grande du cortex frontal supérieur que chez les témoins - activité globale moindre chez les adultes atteints de l’ETCAF comparativement aux témoins

Images anatomiques Aucune différence statistiquement significative observée : dans les temps de relaxation T1 ou T2 images de contraste par magnétisation volumes dans le corps calleux (normalisés par rapport au cerveau) – mais il y a des tendances. Examiner l’emplacement et la forme du corps calleux dans le cerveau et entre les classifications de l’ETCAF chez les enfants et les adultes. Des études précédentes ont révélé des anomalies dans ce secteur (Bookheimer et coll.)

Conclusions Les adultes et les enfants atteints de l’ETCAF présentent une exécution altérée par rapport aux contrôles d’âge et de sexe correspondants à l’égard des tâches faisant appel à la fonction exécutive, à une attention soutenue et à une mémoire de travail visuelle Importantes latences de réponse chez les sujets atteints de l’ETCAF par rapport aux témoins – mais les deux groupes sont attentifs!! Ce ne sont pas toutes les personnes exposées qui manifestent des déficits Il est important d’étudier le profil neuropsychologique et neuroanatomique unique des personnes atteintes de l’ETCAF pour concevoir les outils d’évaluation et pour élaborer des programmes d’intervention et de soutien à l’intention des patients et de leur famille La confirmation des résultats par une étude complète et des groupes comptant un plus grand nombre de sujets est nécessaire

Autres études et limites de l’étude pilote (Commentaires du comité de révision) Limites de l’étude pilote et autres études : La taille de l’échantillon est trop petite pour des résultats concluants fondés sur l’analyse des groupes. Une étude complète (plus grand nombre de sujets) est nécessaire. Étude actuelle - comparaison individuelle nécessaire - c’est difficile!! Il faut une étude conçue en fonction des événements pour tenir compte d’une population touchée comme l’ETCAF – étude complète Une distinction efficace entre les classifications nécessite que l’on tienne compte des comorbidités (THADA) Besoin d’appariement sur une base socio-économique

Études futures et limites de l’étude pilote Données anatomiques : Examen plus approfondi des structures corticales et striatales par rapport aux sous-classifications de l’ETCAF Il faut un échantillon de grande taille pour permettre des comparaisons entre les groupes Acquisition volumétrique 3D complète à haute résolution spatiale

Études futures et limites de l’étude pilote Facteurs déontologiques en neuroimagerie pédiatrique – nouvelle équipe des IRSC en neuroéthique Normes juridiques et éthiques au Canada (É.-U.) Comprendre les risques et les avantages de la NI Réduction du stress et du mouvement par la formation Élaboration de lignes directrices Diffusion de l’information professionnels de la recherche et de la santé, et comités de déontologie concernant les risques et les avantages d’études de recherche en neuroimagerie pédiatrique

Scanner factice

Remerciements IBD - Dr D. Shiloff, Mme A. Allman U du M, Psychologie – Dr L. Jakobson CSS – Dr A. Chudley, Dr S. Longstaffe Spécialistes de la vie des enfants Mme D. Kuypers, Mme S. Treichel Soutien financier Manitoba Medical Service Foundation Ava-Ann Allman – Prix du Programme d’ingénieures et de chercheures (PIC) du CNRC