L'étude d'Alzheimer établit un lien entre la triade des zones cérébrales et la cognition

Les scintigraphies cérébrales de patients atteints de la maladie d'Alzheimer et d'autres personnes à risque ont permis d'identifier trois modèles de facteurs d'atrophie, créés à l'aide d'une modélisation mathématique. Basé sur la perte de volume de matière grise dans ces trois grandes régions du cerveau, les chercheurs ont identifié une corrélation entre les modèles d'atrophie et les symptômes spécifiques d'Alzheimer survenant chez divers patients.

Source: Xiuming Zhang, Université nationale de Singapour, utilisée avec autorisation.

Une nouvelle étude publiée aujourd'hui dans les Actes de la National Academy of Sciences rapporte que des schémas distincts d'atrophie dans trois zones cérébrales différentes (corticale, sous-corticale ou temporale) pourraient expliquer comment la perte de diverses capacités cognitives se manifeste chez les patients atteints d'Alzheimer. maladie (AD).

Pour cette étude, une équipe de chercheurs du Massachusetts General Hospital (MGH) de la Harvard Medical School et de l'Université nationale de Singapour (NUS) a utilisé la modélisation mathématique pour déterminer comment différentes régions cérébrales – dont certaines ne sont pas typiquement liées à la cognition – capacités cognitives.

Le cervelet (en latin «petit cerveau») en rouge est une zone cérébrale sous-corticale.

Source: Bases de données sciences de la vie / Wikimedia Common

À titre d'exemple, le cervelet (en latin «petit cerveau») a toujours été considéré par l'establishment médical comme étant responsable uniquement d'activités «non-pensantes» telles que la coordination musculaire fine. Cette nouvelle recherche suggère que le cervelet peut, en fait, jouer un rôle important dans la fonction cognitive ou la dégénérescence de la fonction exécutive et de la mémoire. Les

Dans une déclaration à l'Hôpital général du Massachusetts, Thomas Yeo, professeur adjoint au Département de génie électrique et informatique du NUS et au Laboratoire de neuro-imagerie computationnelle de l'HGM, a déclaré:

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"La sévérité des symptômes et la neurodégénérescence peuvent varier considérablement entre les patients atteints de la maladie d'Alzheimer. Notre travail montre que les participants à cette étude présentent au moins trois modèles d'atrophie – corticale, temporale ou sous-corticale – associés à la variabilité du déclin cognitif non seulement chez les patients atteints d'Alzheimer, mais aussi chez ceux atteints de troubles cognitifs légers ou cognitifs normaux. mais sont à risque pour la maladie d'Alzheimer. "

La recherche de Yeo se concentre sur le développement d'algorithmes d'apprentissage automatique pour l'analyse à grande échelle de données d'imagerie cérébrale complexes et de grande dimension. Ces modèles mathématiques computationnels permettent aux chercheurs de caractériser la façon dont les différents systèmes cérébraux favorisent la cognition.

Pour cette étude récente, Yeo et ses collègues ont analysé les données recueillies dans le cadre de l'Initiative de neuroimagerie de la maladie d'Alzheimer (ADNI). L'étude a inclus un total de 379 participants: 188 avaient été diagnostiqués avec la maladie d'Alzheimer, 147 avec une déficience cognitive légère, et 43 qui n'étaient pas atteints de troubles cognitifs, mais à un risque plus élevé de plaques bêta-amyloïdes associées à la maladie d'Alzheimer.

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Dans un premier temps pour créer des modèles mathématiques, l'équipe de recherche a analysé les données des IRM structurales de base. Ces neuroimages ont aidé à estimer la probabilité que l'atrophie dans une région cérébrale particulière soit liée à des changements spécifiques dans la fonction exécutive et la mémoire. Sur la base de l'emplacement des facteurs d'atrophie, les chercheurs ont déterminé une corrélation associée à une combinaison de trois modèles d'atrophie différents.

Trois modèles d'atrophie et domaines du cerveau associés à la maladie d'Alzheimer

1. Corticale: Indication d'atrophie dans tout le cortex cérébral (zones cérébrales dans le cerveau , latin pour «cerveau»).
2. Sous – corticale : Indication d'une atrophie du cervelet, du striatum et du thalamus. (Zones du cerveau à la base du cerveau).
3. Temporelle: Indication d'une atrophie du cortex temporal médial, de l'hippocampe et de l'amygdale (zones cérébrales dans le lobe cortical derrière les oreilles).

Les trois domaines du cerveau étaient associés à la fonction exécutive et au déclin de la mémoire dans l'ensemble du spectre clinique. Le facteur cortical était le plus fortement associé au déclin de la fonction exécutive. Le facteur temporel a montré la plus forte association avec la mémoire. Le facteur sous-cortical était associé au déclin le plus lent de la fonction exécutive et de la mémoire. Ces résultats suggèrent que des modèles distincts d'atrophie cérébrale peuvent être liés à différents domaines cognitifs.

Cerebrum (latin pour «cerveau») abrite le cortex cérébral et les régions du cerveau cortical.

Source: Bases de données sciences de la vie / Wikimedia Common

Comme toujours, l'analyse de la mécanique cérébrale de toute maladie ou trouble neurologique aide à déterminer comment les changements dans la structure cérébrale ou la connectivité fonctionnelle sont liés à des capacités cognitives spécifiques.

Par exemple, en 1848, Phineas Gage a subi un accident dans lequel une tige de fer a traversé son cortex orbitofrontal (OFC) dans les lobes frontaux. Avant ses blessures au cerveau, Gage était connu pour être un homme sympathique et à la voix douce qui vivait selon les règles de la société. Après son accident, Gage est devenu un non-conformiste désinhibé, et souvent capricieux, qui ne tenait pas compte des règles de la société et pouvait être hostile. Il vécut jusqu'en 1860, mais après l'incident de la tige de fer, sa personnalité fut tellement altérée que ses amis et sa famille l'appelèrent «plus Gage». Le lien direct entre les dommages de l'OFC et les changements de personnalité dans Gage a aidé les chercheurs à identifier cette région particulière du cerveau.

Tout comme les neuroscientifiques ont mis en évidence le rôle des différents lobes dans le cerveau au cours du XXe siècle, la prochaine étape des neurosciences au XXIe siècle consistera à déterminer comment les diverses «micro-zones» du cerveau interagissent entre elles. La découverte de la façon dont diverses combinaisons d'atrophie cérébrale dans trois régions du cerveau sont liées à la maladie d'Alzheimer nous aide à mieux comprendre comment les changements du volume de matière grise dans différentes régions du cerveau affectent des aspects spécifiques de la cognition.

"Dysmetria de la pensée" Hypothèse que les régions sous-corticales jouent un rôle dans la cognition

Dans ce sens, Jeremy Schmahmann (également du Massachusetts General Hospital) pense que le cervelet postérieur pourrait occuper une place centrale dans le futur en raison de son rôle significatif dans notre évolution humaine et des découvertes de son unité d'ataxie MGH. Le lobe postérieur s'est développé exponentiellement dans notre évolution récente. En fait, seul le cortex préfrontal s'est développé plus rapidement que le cervelet postérieur au cours de notre évolution.

Schmahmann a une hypothèse qu'il appelle "dysmétrie de la pensée" qui est une théorie que le cervelet peut affiner nos pensées tout comme il affine nos mouvements musculaires. Il a développé cette théorie après avoir étudié plusieurs patients présentant des lésions du cervelet et observé un modèle de déficits dans les domaines cognitifs de la fonction exécutive, de la cognition spatiale et du langage. La nouvelle recherche de ses collègues du laboratoire de neuro-imagerie numérique de l'HGM affirme que les régions sous-corticales (y compris le cervelet) jouent un rôle dans la fonction exécutive et la mémoire.

Dans une étude de 2010, Schmahmann et ses collègues de l'HGM ont inventé le terme syndrome affectif cognitif cérébelleux (CCAS), également appelé «syndrome de Schmahmann». Le CCAS est représenté par des déficiences de la fonction exécutive qui comprennent des problèmes de planification, de décalage, raisonnement abstrait, fluence verbale et mémoire de travail. Les symptômes du CCAS sont la persévération, la distractibilité et l'inattention qui sont toutes en corrélation avec des lésions, des lésions ou une atrophie du cervelet.

Fait intéressant, l'analyse des scintigraphies cérébrales dans la récente étude de Yeo et al. ont indiqué que divers modèles de facteurs d'atrophie deux ans après les balayages initiaux étaient persistants chez un large éventail d'individus. La plupart des participants, y compris ceux atteints d'une déficience cognitive légère et cognitivement normale, présentaient des niveaux de plus d'une région du cerveau atrophiée.

«La plupart des études antérieures portaient sur des patients déjà diagnostiqués, mais nous avons pu établir des profils d'atrophie distincts non seulement chez les patients diagnostiqués mais aussi chez les participants à risque présentant une atteinte légère ou cognitivement normale au début de l'étude», explique Yeo. "C'est important parce que la cascade neurodégénérative qui mène à la maladie d'Alzheimer commence des années, peut-être des décennies, avant le diagnostic. Il est donc très utile de comprendre les différents types d'atrophie chez les personnes à risque. "

Des recherches futures exploreront la façon dont diverses régions du cerveau influencent d'autres troubles neurologiques

Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre comment les profils d'atrophie spécifiques sont liés à la distribution de l'amyloïde et du tau et pour identifier le mécanisme exact par lequel ces changements affectent les capacités cognitives spécifiques. Dans sa déclaration à MGH, Yeo a conclu,

"Des études antérieures ont supposé qu'un individu ne peut exprimer qu'un seul schéma neurodégénératif, ce qui est très restrictif car chez toute personne âgée, il peut y avoir plusieurs facteurs pathologiques en même temps – tels que la déficience vasculaire avec les plaques amyloïdes et les tau sont directement associés à la maladie d'Alzheimer. Ainsi, on peut s'attendre à ce que les individus qui sont affectés par de multiples pathologies coexistantes présentent des schémas d'atrophie multiples. "

Thomas Yeo souligne que le même type de modélisation mathématique utilisé pour analyser les données de neuro-imagerie dans cette étude sur la maladie d'Alzheimer peut être utilisé pour déconstruire le rôle que jouent diverses régions cérébrales dans d'autres troubles neurologiques. Les recherches futures exploreront comment divers symptômes cliniques et modèles de volume de matière grise se manifestent dans d'autres troubles cérébraux tels que la maladie de Parkinson, la schizophrénie et l'autisme. Restez à l'écoute!