Cartographie fonctionnelle de l'activité cérébrale liée au mouvement volontaire normal et pathologique : étude de la variation de synchronisation des rythmes

par Étienne Labyt

Thèse de doctorat en Médecine. Neurosciences

Sous la direction de Philippe Derambure.

Soutenue en 2003

à Lille 2 .

mots clés

• Mouvement -- Aspect physiologique
• Électroencéphalographie
• Parkinsoniens
• Synchronisation -- Aspect physiologique
• Mouvement -- physiologie
• Électroencéphalographie
• Synchronisation corticale
• Syndromes parkinsoniens

Résumé

L'étude de la physiologie du mouvement volontaire peut être envisagée par l'étude de la réactivité des rythmes électroencéphalographiques (EEG) en relation avec les différentes phases du mouvement. Cette analyse utilise la quantification des désynchronisation et synchronisation liées à l'événement (DLE/SLE) qui consiste à mesurer l'évolution temporelle des modifications de puissance des rythmes EEG mu et béta centraux. Cette méthode a été utilisée comme technique de cartographie fonctionnelle afin d'étudier les relations et coopérations entre aires corticales activées lors de différents types de mouvements chez le sujet sain et le patient parkinsonien. Chez le sujet sain jeune, comparé aux mouvements distal et proximal, la préparation du mouvement proximo-distal de pointage visuo-guidé active de manière plus précoce les régions centrales controlatérales et implique en plus les régions pariétales postérieures. Suite à ce mouvement se produit également une SLE beta plus diffuse et plus ample. Une étude de l'influence du vieillissement cérébral a permis de montrer un pattern d'activation cérébrale plus diffus, impliquant systématiquement les régions ipsilatérales et les régions pariétales postérieures ainsi qu'une atténuation de la SLE beta post-mouvement. Ce résultat était également retrouvé lors d'un mouvement causé par l'inhibition d'une contraction musculaire. Chez le patient parkinsonien, les effets observés chez le sujet âgé sont accrus avec une activation corticale retardée, bilatérale et une absence d'activation de la région pariétale. La SLE béta est très atténuée après les tâches d'activation musculaire et absente après le relâchement. L'ensemble de ces résultats suggère que l'extension du recrutement des régions sensorimotrices au cortex pariétal associatif dans un cortex sain est très liée à l'intégration des informations somesthésiques nécessaire à la préparation et à la réalisation du mouvement. Les modifications observées chez le sujet âgé témoignent d'une réduction de cette intégration sensorimotrice. Chez le patient parkinsonien, nos résultats suggèrent que l'altération de la fonction intégrative sensorielle ainsi que la perturbation des mécanismes d'inhibition motrice participent à l'étiologie des troubles akinéto-rigides. Afin d'améliorer la résolution spatiale de ce type de cartographie fonctionnelle et d'en faciliter l'interprétation physiologique, les techniques de reconstruction 3D IRM, de déconvolution et de fusion EEG-IRM ont été utilisées et un nouvel outil appelé DLE/SLE corticales permet maintenant d'établir de manière non invasive des cartes fonctionnelles directement à la surface du cortex avec une haute résolution temporo-spatiale.

Titre traduit

Functional mapping of cerebral activity related to normal and pathologic voluntary movement : study of variation of EEG rhythms synchronisation

Résumé

The physiology of voluntary movement can be studied using analysis of electroencephalographic (EEG) rhythms reactivity related to differents movement steps. This analysis uses quantification of event-related desynchronization and synchronization (ERD/ERS) which consist of measuring time-course of power changes of central mu and beta EEG rhythms. This method has been used as functional mapping technics in order to investigate relations and cooperations between activated cortical areas during various types of movement. In young healthy subject, compared to distal and proximal movement, preparatory process of proximo-distal, visuo-guided targeting movement showed an earlier activation of contralateral central area and an involvement of posterior parietal regions. Following this movement, beta ERS was greater and more widespread. Effect of aging study allowed to show a more widespread pattern of cerebral activity, involving systematically ipsilateral central and posterior parietal regions and an attenuation of the post-movement beta ERS. This result was also found for a movement resulting from muscle contraction inhibition. In the parkinsonian patient, effects observed in elderly healthy subjects were increased with a delayed and bilateral cortical activation and a lack of ERD over parietal region. Beta ERS is much attenuated after contraction tasks and absent after muscle relaxation. All these results suggests that the spreaded recruitment of sensorimotor regions to associative parietal cortex in an healthy cortex is tightly related to somesthetic information integration required in motor programmation and performance. Changes observed in elderly healthy subject traduce a reduction of this sensorimotor integration. In the parkinsonian patient, our results suggest alteration of this sensorial integrative function and a disturbance of motor inhibitory mechanisms which contribute to explain akineto-rigid disorders. In order to improve spatial resolution of this type of functional mapping, headmodelization from MRI, deblurring and fitting EEG-MRI have been used and a new tool named “cortical ERD/ERS” now allows to make non invasively functional maps directly at the cortical surface with high temporo-spatial resolution.