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Thèse Amandine Pelletier

Altérations de la substance blanche cérébrale dans le vieillissement : approche en IRM multimodale au sein de la cohorte AMImage.

Le 10 décembre 2013

Soutenance à 14 h salle de conférence de l'INCIA


Le vieillissement cérébral est caractérisé par une atrophie affectant la substance grise (SG) et la substance blanche (SB), et par la présence de lésions de la SB, révélées par des hypersignaux (HSB) sur une IRM acquise en séquence d’imagerie FLAIR. Durant ces 10 dernières années, le développement de l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI) a permis de décrire de manière plus précise des altérations structurelles de la SB survenant au cours du vieillissement. L’objectif de notre travail a été double : 1- identifier les relations entre atrophie de l’hippocampe et atteintes des faisceaux de SB associés et 2- identifier les relations entre HSB et anomalies détectées en DTI, afin de mieux comprendre les processus mis en jeu lors du vieillissement de la SB. Pour cela, nous avons analysé des indices issus de différentes modalités d’IRM dans une cohorte de sujets âgés, la cohorte AMImage, en se focalisant sur des groupes de sujets cognitivement intacts. Dans une première partie, nous présentons les effets de l’âge sur la structure cérébrale au sein de la cohorte entière (n=234) en utilisant des méthodes automatiques de traitement appliquées à des IRM morphologique et en tenseur de diffusion. Dans un sous-échantillon de sujets (n=60), nous avons observé une relation entre l’atrophie de l’hippocampe et les performances à un test de mémoire sémantique, évaluées par une méthode d’échantillonnage en vie quotidienne. Dans une deuxième partie, nous présentons les relations entre altérations structurelles de la SG et de la SB, au sein d’un réseau impliqué dans les processus mnésiques, le système limbique. Sur 129 sujets âgés cognitivement normaux, nous avons pu montrer que l’atrophie hippocampique était corrélée à des modifications des indices DTI au niveau du fornix alors que le cingulum n’était pas affecté. Ces résultats suggèrent l’existence d’altérations structurelles de localisation spécifique au sein de ce réseau au cours du vieillissement sans détérioration cognitive. Puis dans une troisième partie, nous nous sommes intéressés aux liens entre modifications des indices DTI et présence des HSB chez des sujets âgés. Nous avons comparé les indices DTI de sujets âgés présentant peu d’HSB (n=20) ou beaucoup d’HSB (n=20), sélectionnés au sein de la cohorte, avec les indices DTI de sujets jeunes sans HSB (n=19). Cette étude a permis de montrer : 1/ que les sujets ne présentant pas de lésions apparentes de la SB, présentent quand même une modification des indices DTI, identique au pattern classiquement observé chez des sujets âgés ; et 2/ que les sujets présentant beaucoup d’HSB présentent une modification des indices DTI plus importante. L’ensemble de ces résultats indique que les modifications structurelles de la SB révélées en DTI chez le sujet âgé, seraient associées à des altérations de la SG dans le système limbique ; et d’autre part, ces modifications détectées en DTI, surviendraient avant l’apparition des HSB.

 Mots clés : DTI, hippocampe, cingulum, fornix, hypersignaux de la substance blanche, technologies mobiles, vieillissement cérébral


 Abstract

Modifications of brain white matter in aging: MRI multimodal approach in the cohort AMImage.

Brain aging is characterized by atrophy, involving grey matter (GM) and white matter (WM), and by the presence of WM lesions, revealed through hyperintensity (WMH) signal on FLAIR imaging sequence. Over the last 10 years, the development of diffusion tensor imaging (DTI) allows to describe more precisely WM structural alterations that occur during aging. This project has two main objectives: 1- to identify the relationships between hippocampal injury and alterations of its associated WM fasciculi. 2- to investigate the relationships between WMH and DTI abnormalities, in order to better understand the processes underlying age-related WM modifications. We simultaneously investigate DTI modifications with those detected by other MRI modalities in the AMImage cohort of elderly individuals, by focusing on groups of cognitively healthy subjects. In a first section, we present age-related effects on brain structural integrity in this cohort (n=234), based on computerized imaging of morphological MRI and DTI-MRI. In a sub-sample of the cohort, we observed a significant correlation between hippocampal atrophy and performance on a semantic memory test evaluated through the Experience Sampling Method (ESM). In a second section, we present the results of a study on the relationship between the structural alterations occurring in the GM and the WM levels of the limbic system. In 129 cognitively healthy subjects, we observed that hippocampal atrophy is related to modifications of DTI parameters at the level of the fornix and not at the level of the cingulum, thus indicating specific modifications of this network during aging without cognitive alteration. Finally, in a third section, we present findings concerning the relationship between DTI modifications and WMH in the aging brain. In this analysis, we examined DTI modifications of elderly subjects presenting with either a low burden of WMH (n=20) or a high burden of WMH (n=20) selected from our cohort, compared to a group of young subjects without WMH (n=19). This study demonstrated that: 1/ elderly subjects with normal appearing WM still present a modification of DTI parameters following the classically described pattern of aging; and 2/ elderly subjects with high WMH burden present a greater modification of DTI parameters. Each of these studies indicate that age-related WM structural modifications revealed through DTI are associated with modifications occurring at the level of the GM in the limbic system, and also indicate that these DTI modifications, take place before the appearance of WMH.

Keywords: DTI, hippocampus, cingulum, fornix, white matter hyperintensity, mobile technologies, brain aging


En révision dans Frontiers in Aging Neuroscience
“Structural hippocampal network alteration during normal aging: a multi-modal MRI study.” A. Pelletier, O. Periot, B. Dilharreguy, M. Bordessoules, B. Hiba, K. Pérès, H. Amieva, J. Dartigues, M. Allard, G Catheline

Soumis dans Radiology

“Age-related Modifications of DTI Parameters and White Matter Hyperintensities as Inter-Dependent Processes.” A. Pelletier, O. Periot, B. Dilharreguy, M. Bordessoules, B. Hiba, K. Pérès, H. Amieva, J. Dartigues, M. Allard, G Catheline

Soumis dans Neuropsychologia

“Mobile Technologies in the Early Detection of Dementia Risk.” M. Allard, M. Husky, G. Catheline, A. Pelletier, B. Dilharreguy, H. Amieva, K. Pérès, A. Foubert-Samier, J. Dartigues, J. Swendsen

 

Jury

Rapporteurs
Pierre Celsis DR
Michel Audiffren PU
Examinateurs
Hélène Amieva PU
Jean-Michel Verdier
Directeur d’études
Membre invité
Maxime Descoteaux PU
Directeur de thèse
Michèle Allard PU-PH MD
Tuteur de thèse
Gwénaëlle Catheline
MC

Directeur de thèse


Michèle ALLARD
Professeur des Universités - Praticien Hospitalier - MD-PhD.Chef de Service hospitalier- Responsable d'Equipe - Neuroimagerie et cognition humaine

INCIA UMR-CNRS 5287
Université de Bordeaux2- EPHE
Service de Médecine Nucléaire
Hôpital Pellegrin-CHU de Bordeaux
Place Amélie Raba Léon
33076 Bordeaux

Publications Michèle Allard