Etude par IRM fonctionnelle et TEP métabolique des réorganisations mnésiques dans l'épilepsie temporale, Functional MRI and metabolic PET study of memory reorganization in temporal lobe epilepsy

De
Publié par

Sous la direction de Patrick J. Cozzone
Thèse soutenue le 29 novembre 2010: Aix Marseille 2
L’objectif général de ce travail de thèse a été de caractériser in vivo, chez l’Homme, les réorganisations mnésiques retrouvées dans l’épilepsie temporo-mésiale pharmaco-résistante.Nous nous sommes appuyés sur une approche multimodale d’imagerie combinant étude de la connectivité et des réseaux d’activations mnésiques en IRMf, et étude de la consommation métabolique régionale inter-critique de glucose en TEP. Il s’agissait, notamment, de mieux comprendre la relative préservation mnésique retrouvée chez certains de ces patients, malgré l’implication du cortex temporal interne au sein de leurs réseaux épileptiques.Nos résultats, obtenus pour l’encodage d’items uniques non matériel-spécifiques, apportent des connaissances nouvelles sur l’adaptation fonctionnelle des réseaux cognitifs au sein et en dehors de la zone épileptogène, expliquant les différences de performance mnésique en reconnaissance, et leur lien possible avec les réseaux épileptiques.Ces travaux suggèrent, notamment, l’existence de ressources fonctionnelles additionnelles efficaces, à la fois locales et à distance, impliquant la voie visuelle ventrale bilatérale. Ces processus de compensation pourraient être conditionnés par les caractéristiques propres de l’atteinte primitive, et en particulier une implication différente des structures temporales internes au sein de la zone épileptogène. L’altération fonctionnelle de ce système perceptivo-mnésique pourrait induire une réorganisation inefficace plus large, sollicitant l’activation alternative des réseaux de l’attention, au niveau des régions fronto-cingulaires et pariétales.
-Epilepsie du lobe temporal
-IRMf
-Tep
-Connectivité
-Mémoire
-Reconnaissance
-Réorganisation
-Réseaux
The overall objective of this thesis was to characterize in vivo the human memory reorganization observed in medial temporal lobe epilepsy, in particular for recognition memory.We conducted a multimodal neuroimaging approach, combining the study of connectivity and memory activation networks with fMRI, and the study of inter-ictal cerebral metabolic rate of glucose with PET. We aimed to better understand the relative preservation of memory found in some patients, despite the involvement of the medial temporal lobe within their epileptic networks. Our findings, obtained for the encoding of non material-specific single items, provide new insights into the functional adaptation of cognitive networks, within and outside the epileptogenic zone, and help to explain the differences in recognition performance, and their possible relationship with epileptic networks. These studies suggest, in particular, the existence of local and remote compensatory mechanisms which are functionally effective and involve the ventral visual stream bilaterally. These could be influenced by the exact involvement of medial temporal structures within the epileptogenic zone. The impairment of this perceptive-memory system may lead to a more large-scale reorganization with the alternative activation of an inefficient network of attention-related areas involving fronto-cingulate and parietal cortices.
-Temporal lobe epilepsy
-Functional Magnetic Resonance Imaging
-Positron Emission Tomography
-Basal functional connectivity
-Resting-state
-Cognition
-Memory
-Functional reserve
Source: http://www.theses.fr/2010AIX20696/document
Nombre de pages : 151
Voir plus Voir moins

UNIVERSITÉ DE LA MÉDITERRANÉE
FACULTÉ DE MÉDECINE DE MARSEILLE

École Doctorale des Sciences de la Vie et de la Santé



Étude par IRM fonctionnelle et TEP métabolique
des réorganisations mnésiques dans l’épilepsie temporale





T H È S E

Présentée et publiquement soutenue devant

LA FACULTÉ DE MÉDECINE DE MARSEILLE


Le 29 novembre 2010

Par M. Eric GUEDJ

Né le 19 septembre 1976, à Marseille (13)



Pour obtenir le grade de DOCTEUR de L’UNIVERSITÉ de la MÉDITERRANÉE

SPÉCIALITÉ : NEUROSCIENCES




Membres du Jury de la Thèse :

Patrick J. COZZONE, Directeur – PU-PH, Marseille
Alexander HAMMERS, Rapporteur – PR, Lyon
Franck SEMAH, Rapporteur – PU-PH, Lille
Maxime GUYE, Examinateur – MCU-PH, Marseille
Jean-François LE BAS, Examinateur – PU-PH, Grenoble
Catherine LIEGEOIS-CHAUVEL, Examinateur – DR INSERM, Marseille
Olivier MUNDLER, Examinateur – PU-PH, Marseille
Lionel THIVARD, Examinateur – PH, Paris


1 Remerciements

Ces années de thèse ont été pour moi une expérience extrêmement
enrichissante, à la fois sur un plan pédagogique, scientifique et humain. Je
souhaiterais adresser mes remerciements les plus sincères, et exprimer ma gratitude
à Monsieur le Professeur Patrick J. Cozzone pour la confiance qu’il m’a accordée en
m’accueillant au sein de son laboratoire. J’ai pu apprécier la justesse et la pertinence
de vos conseils tout au long de cette période.

Je remercie le Docteur Maxime Guye et le Professeur Jean-Philippe Ranjeva
pour avoir encadré au plus près ce travail de thèse, avec grande patience et totale
disponibilité. Je suis persuadé que nous saurons à l’avenir prolonger cette
expérience au travers d’autres projets, avec toujours autant de confiance et de plaisir
à travailler ensemble.

Je remercie Madame Catherine Liégeois-Chauvel de m’avoir conseillé et aidé, de
la mise en place du projet jusqu’à la rédaction de ce manuscrit. J’ai toujours
énormément apprécié l’esprit et le fond des discussions que nous avons pu avoir
pour mener à bout ce travail.

Je remercie Monsieur le Professeur Olivier Mundler de m’avoir fait l’honneur de
travailler à ses cotés depuis 10 ans, et de la confiance et du soutien qu’il a pu
m’apporter pour développer la neuro-imagerie fonctionnelle au sein de son service.

Je remercie Monsieur le Professeur Alexander Hammers, Monsieur le Professeur
Jean-François Le Bas, Monsieur le Professeur Franck Semah, et Monsieur le
Docteur Lionel Thivard de m’avoir fait l’honneur de juger ce travail, en acceptant de
siéger à mon jury de thèse.

Je remercie Monsieur le Professeur Patrick Chauvel de m’avoir initié avec
passion à l’exploration des réseaux épileptiques. Je suis très heureux de rejoindre
votre laboratoire de recherche pour prolonger ces travaux.

Je remercie le Professeur Fabrice Bartolomei de son sontien et de ses précieux
conseils, en particulier pour la publication des articles.

Je remercie Emmanuel Barbeau des compétences qu’il a su me faire partager
avec grande pédagogie sur cette thématique des systèmes de mémoire.
2 Je remercie toute l’équipe du CEMEREM / CRMBM, et notamment My Van Au
Duong, Gaëlle Bettus, Sylviane Confort-Gouny, Irina Malikova, Françoise Reuter,
Danielle Rousseau, Anne-Marie Sabelle, Elisabeth Soulier, Patrick Viout, Wafaa
Zaaraoui,…, pour leur gentillesse, leur bonne humeur, et leur aide toujours
précieuse.

Je remercie toute l’équipe médicale et paramédicale du Service Central de
Biophysique et Médecine Nucléaire de l’hôpital de la Timone, et notamment Serge
Cammilleri, Cécile Colavolpe, Geneviève Fauque, Frédérique Foucher, Catherine de
Laforte, Benjamin Guillet, Pascale Pisano, Chantal Rinaldi, Claude Somma, David
Taïeb, Laetitia et Laurent Tessonnier, …, pour leur aide et leur soutien tout au long
de ces années.

Je souhaite également remercier toutes les personnes qui ont, à différents
niveaux, enrichi ma formation, ma curiosité, et nourri mon expérience dans ce
domaine de la neuro-imagerie au cours de ces dernières années : Monsieur le
Professeur Jean-Philippe Azulay, le Docteur Maryline Barrie, le Docteur Wilfrid
Casseron, Monsieur le Professeur Mathieu Ceccaldi, Monsieur le Professeur Olivier
Chinot, le Docteur Clément Daniel, le Docteur Béatrice Denis, le Docteur Mira Didic,
le Docteur Anne Donnet, Monsieur le Professeur Henry Dufour, le Docteur Alexandre
Eusebio, le Docteur Jean Farisse, Monsieur le Professeur Olivier Félician, le Docteur
Lionel Feuillet, Monsieur le Professeur Jean-Louis Gastaut, le Docteur Martine
Gavaret, Madame le Professeur Nadine Girard, le Docteur Elsa Kaphan, le Docteur
Lejla Koric, Monsieur le Professeur Christophe Lançon, Monsieur le Professeur
Olivier Lévrier, le Docteur Aileen McGonigal, le Docteur Philippe Métellus, le Docteur
Loïc Milandre, Monsieur le Professeur François Nicoli, Monsieur le Docteur Jacques
Pasquier, Monsieur le Professeur Jean-Claude Péragut, Monsieur le Professeur
Michel Poncet, Monsieur le Professeur Jean Régis, le Docteur Raphaëlle Richieri,
Eve Tramoni, le Docteur Agnès Trébuchon, Monsieur le Professeur Charles
Raybaud, le Docteur Tatiana Witjas, …

Je souhaite enfin remercier ma famille, et en particulier mes parents, mon épouse
et mes enfants, pour leur indéfectible soutien.
3 Résumé

Étude par IRM fonctionnelle et TEP métabolique des réorganisations
mnésiques dans l’épilepsie temporale
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

L’objectif général de ce travail de thèse a été de caractériser in vivo, chez
l’Homme, les réorganisations mnésiques retrouvées dans l’épilepsie temporo-
mésiale pharmaco-résistante.

Nous nous sommes appuyés sur une approche multimodale d’imagerie
combinant étude de la connectivité et des réseaux d’activations mnésiques en IRMf,
et étude de la consommation métabolique régionale inter-critique de glucose en TEP.
Il s’agissait, notamment, de mieux comprendre la relative préservation mnésique
retrouvée chez certains de ces patients, malgré l’implication du cortex temporal
interne au sein de leurs réseaux épileptiques.

Nos résultats, obtenus pour l’encodage d’items uniques non matériel-spécifiques,
apportent des connaissances nouvelles sur l’adaptation fonctionnelle des réseaux
cognitifs au sein et en dehors de la zone épileptogène, expliquant les différences de
performance mnésique en reconnaissance, et leur lien possible avec les réseaux
épileptiques.

Ces travaux suggèrent, notamment, l’existence de ressources fonctionnelles
additionnelles efficaces, à la fois locales et à distance, impliquant la voie visuelle
ventrale bilatérale. Ces processus de compensation pourraient être conditionnés par
les caractéristiques propres de l’atteinte primitive, et en particulier une implication
différente des structures temporales internes au sein de la zone épileptogène.
L’altération fonctionnelle de ce système perceptivo-mnésique pourrait induire une
réorganisation inefficace plus large, sollicitant l’activation alternative des réseaux de
l’attention, au niveau des régions fronto-cingulaires et pariétales.

Mots clés: Épilepsie du lobe temporal, Imagerie par Résonance Magnétique
fonctionnelle (IRMf), Tomographie par Émission de Positons (TEP), connectivité
fonctionnelle basale, état de repos, cognition, mémoire, reconnaissance, encodage,
réseaux, plasticité, compensation, réserve fonctionnelle.
4 Abstract

Functional MRI and metabolic PET study of memory reorganization in
temporal lobe epilepsy
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

The overall objective of this thesis was to characterize in vivo the human memory
reorganization observed in medial temporal lobe epilepsy, in particular for recognition
memory.

We conducted a multimodal neuroimaging approach, combining the study of
connectivity and memory activation networks with fMRI, and the study of inter-ictal
cerebral metabolic rate of glucose with PET. We aimed to better understand the
relative preservation of memory found in some patients, despite the involvement of
the medial temporal lobe within their epileptic networks.

Our findings, obtained for the encoding of non material-specific single items,
provide new insights into the functional adaptation of cognitive networks, within and
outside the epileptogenic zone, and help to explain the differences in recognition
performance, and their possible relationship with epileptic networks.

These studies suggest, in particular, the existence of local and remote
compensatory mechanisms which are functionally effective and involve the ventral
visual stream bilaterally. These could be influenced by the exact involvement of
medial temporal structures within the epileptogenic zone. The impairment of this
perceptive-memory system may lead to a more large-scale reorganization with the
alternative activation of an inefficient network of attention-related areas involving
fronto-cingulate and parietal cortices.

Key words: Temporal lobe epilepsy, functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI),
Positron Emission Tomography (PET), basal functional connectivity, resting-state,
cognition, memory, recognition, encoding, networks, plasticity, compensation,
functional reserve.
5 Sommaire

Chapitre 1 – INTRODUCTION ______________________________________ p010
I. L’épilepsie partielle pharmaco-résistante temporo-mésiale _______ p012
II. Cortex temporal interne et mémoire déclarative ________________ p019
1. Anatomie fonctionnelle du cortex temporal interne _____________ p019
2. Rappel et reconnaissance ________________________________ p023
3. Recollection et familiarité _ p024
4. Mémoire relationnelle et mémoire des items uniques ____________ p025
III. Les troubles cognitifs associés à l’épilepsie temporo-mésiale ___ p029
1. Les troubles cognitifs avant chirurgie ________________________ p029
A. Description clinique et implications fonctionnelles __________ p029
B. Les facteurs influençant la cognition ____________________ p031
a) Influence de la lésion ___________________________ p032
b) Influence du contrôle des crises ___________________ p032
c) Influence des activités inter-ictales __________________ p033
C. L’imagerie cérébrale des troubles cognitifs _______________ p034
2. Les troubles cognitifs après chirurgie _______________________ p036
A. Description clinique et implications fonctionnelles __________ p036
B. Évaluation prédictive du risque cognitif _________________ p038
a) Le bilan neuropsychologique _____________________ p039
b) Le test de Wada ________________________________ p039
c) L’IRMf ________ p040
i. Les paradigmes en blocs p045
ii. Les paradigmes événementiels _______________ p047
IV. Problématique et Objectifs _ p049



6 Chapitre 2 – PARTIE EXPERIMENTALE _____________________________ p051
I. Étude par IRMf de repos de la connectivité fonctionnelle basale et de
son corrélat mnésique dans l’épilepsie temporo-mésiale __________ p051
1. Résumé de l’étude ______________________________________ p051
2. Étude 1: Decreased basal fMRI functional connectivity in epileptogenic
networks and contralateral compensatory mechanisms. Hum Brain Mapp.
2009;30:1580-91 _________ p052
3. Conclusion de l’étude ___ p065
II. Étude par IRMf des réseaux d’activation sous-tendant un encodage
efficace en mémoire de reconnaissance dans l’épilepsie temporo-mésiale
à sclérose hippocampique ____________________________________ p066
1. Résumé de l’étude ______ p066
2. Étude 2: Hyperactivation of parahippocampal region and fusiform gyrus
associated with successful encoding in medial temporal lobe epilepsy.
Epilepsia, in revision _______ p067
3. Conclusion de l’étude ___ p103
18III. Étude par TEP-[ F]FDG du substrat métabolique inter-critique sous-
tendant la performance en mémoire de reconnaissance dans l’épilepsie
temporo-mésiale à sclérose hippocampique _____________________ p104
1. Résumé de l’étude _____________________________________ p104
2. Étude 3: Performance in recognition memory is correlated with
entorhinal / perirhinal metabolism in temporal lobe epilepsy. Epilepsy &
Behavior 2010 Oct 27 [Epub ahead of print] _____________________ p104
3. Conclusion de l’étude ____ p111

Chapitre 3 – DISCUSSION ________________________________________ p112
I. Plasticité des réseaux cognitifs dans l’épilepsie temporo-mésiale _ p113
II. Organisation différentielle des réseaux épileptiques de l’épilepsie
temporo-mésiale ____________ p118
III. Perspectives de recherche _ p121

Annexe 1 – Le bilan pré-chirurgical ________________________________ p122
Annexe 2 – Traitement des images _ p126
Bibliographie ___________________________________________________ p128
7 Liste des illustrations

Figure 1 : Organisation critique et inter-critique des épilepsies partielles ______ p013
Figure 2 : Principales structures temporales internes impliquées dans l’épilepsie
temporo-mésiale __________________________________________________ p014
Figure 3 : Sclérose hippocampique en IRM _____________________________ p015
18Figure 4 : Examen TEP-[ F]FDG d’un patient présentant une épilepsie temporo-
mésiale _________________________ p016
99mFigure 5 : Examens TEMP-[ Tc]ECD d’un patient présentant une épilepsie
temporo-mésiale __________________ p017
Figure 6 : Anatomie du lobe temporal interne ___________________________ p022
Figure 7 : Recollection/Familiarité et structures temporales internes (d’après Squire
et al., 2007 et Wixted, 2007) ________________________________________ p025
Figure 8 : Facteurs morphologiques et fonctionnels influençant la cognition des
patients présentant une épilepsie partielle (Elger et al., 2004) _______________ p032
Figure 9 : Reconstruction des fibres blanches par tractographie _____________ p034
Figure 10 : Exemples d’item utilisé pour la tâche d’encodage de l’étude 2 (Guedj et
al., in revision) ___________________________________________________ p114
Figure 11 : Déroulement du bilan pré-chirurgical d’une épilepsie partielle (adapté de
Bartolomei et al., 2002)_____________ p122
Figure 12 : Exploration SEEG _______ p124
Figure 13 : Enregistrement d’une crise temporo-mésiale en SEEG __________ p125
Figure 14 : Enregistrement d’anomalies inter-critiques en SEEG ____________ p125
8 Abréviations utilisées

18[ F]FDG 18-Fluoro-Désoxy-Glucose
Amy Amygdale
BA Brodmann Area
BOLD Blood Oxygen Level Dependent
CE Cortex entorhinal
CMRGlc Consommation Métabolique Régionale de Glucose
DSC Débit Sanguin Cérébral
ECD Ethyl-Cystéinate-Dimère
EEG Électro-Encéphalo-Graphie
GABA Acide Gamma-Aminobutyrique
HippAnt Hippocampe Antérieur
HippPost Hippocampe Postérieur
HMPAO Hydroxy-Méthylène-Propylène-Amine-Oxime
IRM Imagerie par Résonance Magnétique
IRMf Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle
MEG Magnéto-Encéphalo-Graphie
ROI Region Of Interest
SEEG Stéréo-Électro-Encéphalo-Graphie
SH Sclérose Hippocampique
SPM Statistical Parametric Mapping
SRM Spectroscopie par Résonance Magnétique
TEMP Tomographie par Émission Mono-Photonique
TEP Tomographie par Émission de Positons
18TEP-[ F]FDG Tomographie par Émission de Positons au 18-Fluoro-Désoxy-Glucose
ZE Zone Épileptogène
ZI Zone Irritative
ZL Zone Lésionnelle
ZP Zone de Propagation
9 Chapitre 1 – INTRODUCTION

Les capacités d’adaptation des réseaux de la cognition sont un enjeu majeur en
Neurosciences. Leur altération, focale ou régionale, pourrait induire des mécanismes
de compensation, permettant à certains patients de maintenir un niveau élevé de
performance.

L’épilepsie partielle, qui constitue une pathologie de réseaux, affecte la cognition.
En dehors des crises, cette maladie se caractérise notamment par des troubles
mnésiques dans sa localisation temporo-mésiale.

L’objectif général de ce travail de thèse a été de mieux comprendre la relative
préservation cognitive retrouvée chez certains de ces patients. Nous nous sommes
pour cela efforcés de caractériser in vivo chez l’Homme, par une approche
multimodale d’imagerie, les réorganisations mnésiques retrouvées dans l’épilepsie
temporo-mésiale pharmaco-résistante. Nous faisons l’hypothèse de l’existence de
mécanismes plastiques de compensation, reposant sur le recrutement de ressources
fonctionnelles additionnelles efficaces conditionné par les caractéristiques propres
des réseaux primitivement altérés par les processus épileptiques.

Nous présenterons tout d’abord le modèle de l’épilepsie temporo-mésiale, les
liens entre cette région anatomique et la mémoire déclarative, avant de décrire
l’hétérogénéité des troubles cognitifs de ces patients et leurs possibles déterminants.
Les aspects les plus méthodologiques sont renvoyés en annexe.

Sur un plan expérimental, nous avons dans un premier temps étudié le lien entre
performance mnésique et réorganisation fonctionnelle des réseaux. Nous avons pour
cela mesuré, en IRMf de repos, la connectivité fonctionnelle basale de la face interne
du lobe temporal homo- et controlatéral à l’épilepsie temporo-mésiale, et corrélé les
modifications de la connectivité au profil mnésique de ces patients (étude 1) (Bettus
et al., 2009). Nous nous sommes par la suite intéressés au réseau d’activations
sous-tendant un encodage efficace sur une tâche d’IRMf, en comparant le profil
fonctionnel de patients à performance normale et altérée (étude 2) (Guedj et al., in
revision).
10

Soyez le premier à déposer un commentaire !

17/1000 caractères maximum.

Diffusez cette publication

Vous aimerez aussi