Structures rétiniennes nerveuses et vasculaires : des biomarqueurs des structures cérébrales ?

Neural and vascular retinal structures : biomarkers for the brain structures?

• Auteur / Autrice : Sara Cristina Lima Rebouças
• Direction : Catherine Helmer, Cécile Delcourt
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Santé publique Option Epidémiologie
• Date : Soutenance le 14/12/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : Sociétés, Politique, Santé Publique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Bordeaux population Health
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Debette
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claudine Berr
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Michel Paques, Alexis Elbaz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Marqueurs biologiques

Imagerie par résonance magnétique

Système nerveux central

Rétine

Mots clés libres

Biomarqueur

Cerveau

Rétine

Imagerie rétinienne

Imagerie cérébrale

Démence

Marker

Brain

Retina

Retinal imaging

Brain imaging

Dementia

Résumé

La rétine et le système nerveux central sont anatomiquement reliés, en raison de leur origine embryologique commune. Les structures de la rétine pourraient constituer une « fenêtre » pour l’évaluation des structures cérébrales. La rétine est en effet beaucoup plus facilement observable que le cerveau. Au niveau rétinien, deux types de structures peuvent être visualisées : les structures nerveuses, notamment les couches rétiniennes, et la microvasculature rétinienne. Les différentes couches rétiniennes peuvent être évaluées de façon non invasive, rapide et peu coûteuse via la tomographie par cohérence optique (OCT). Les vaisseaux rétiniens quant à eux, sont directement visualisables sur des photos du fond d’œil, et des paramètres du réseau vasculaire rétinien tels que la tortuosité ou la complexité du réseau peuvent être obtenus par des logiciels d'analyse semi-automatique ou grâce à l’utilisation de méthodes d’intelligence artificielle. Récemment, de nouvelles technologies permettant une évaluation plus fine de la microstructure vasculaire rétinienne et de la paroi des vaisseaux rétiniens ont été développées comme l’OCT-angiographie et l’optique adaptative. Nous faisons l’hypothèse que des changements au niveau rétinien (structurels et au niveau vasculaire) pourraient refléter des changements structurels et de microvascularisation au niveau cérébral ; ces atteintes cérébrales peuvent être évaluées grâce à l'imagerie cérébrale ou par les signes cliniques qu'elles entrainent, comme la survenue d'une démence. Dans cette thèse, afin de tester cette hypothèse, nous avons dans un premier temps examiné les associations entre l’épaisseur des couches nerveuses rétiniennes et i) les volumes cérébraux, ii) les épaisseurs corticales, iii) et la microstructure de la substance blanche dans une population de jeunes adultes sans pathologie connue. Ensuite, nous avons analysé les associations entre l’épaisseur des couches nerveuses rétiniennes d'une part et la microvasculature rétinienne d'autre part avec la démence chez des sujets âgés de la population générale. Dans la cohorte i-Share (Internet-based Students Health and Research Enterprise), constituée de sujets jeunes, nos résultats suggèrent des associations entre l’épaisseur des couches nerveuses rétiniennes et les structures cérébrales, notamment au niveau des voies visuelles, mais aussi dans des aires d’association entre différentes zones cérébrales ; ces associations ont surtout été retrouvées avec des marqueurs évaluant la microstructure de la substance blanche cérébrale. Dans la cohorte de Trois Cités Bordeaux-Aliénor, constituée de personnes âgées, deux études ont été menées pour évaluer les liens avec la démence. Concernant les couches nerveuses rétiniennes, nous avons décrit les trajectoires évolutives de l’épaisseur de ces couches chez des futurs déments et des témoins appariés, mettant en évidence un déclin plus important de l’épaisseur de la couche des fibres nerveuses rétiniennes (RNFL) chez les futurs déments. Concernant la microvasculature rétinienne, nous avons analysé si des paramètres rétiniens mesurés initialement étaient associés à la survenue d'une démence dans les 10 années suivantes. Nos résultats suggèrent qu'une plus grande tortuosité des vaisseaux et dans un moindre degré une augmentation des calibres des veinules étaient associées à la survenue d'une démence, avec des associations spécifiques pour certaines étiologies de démence. Ainsi, dans l’ensemble, nos résultats suggèrent que l’imagerie rétinienne pourrait fournir des informations pour l’étude du cerveau, que ce soit au niveau des structures cérébrales ou en lien avec la démence. Cependant, des études supplémentaires sont nécessaires afin de mieux comprendre les relations entre ces deux organes, et afin de préciser dans quelle mesure les structures rétiniennes pourraient représenter des biomarqueurs des structures cérébrales et être utiles sur le plan clinique (…).

The retina and the central nervous system are anatomically linked, given their common embryological origin. There are many structural and functional similarities between the retina and brain structures; the retina could be a ‘window’ for viewing brain structures. The retina is much more easily observable than the brain, thanks to non-invasive, fast and inexpensive imaging. At the retinal level, two types of structures can be visualised: neural retina structures (e.g. retinal layers) and retinal vascular parameters. On the one hand, retinal layers can be evaluated non-invasively, quickly and inexpensively via optical coherence tomography (OCT). Retinal vessels, on the other hand, are directly viewable in ocular fundus photography, and the retinal vascular network features can be obtained using semi- automatic software applications or fully automated methods (e.g. artificial intelligence). Recently, new technologies have been developed that allow more detailed assessment of retinal vascular microstructure and retinal vessel walls such an OCT-angiography and adaptive optics. We hypothesise that retinal structure alterations (retinal layers thickness and retinal vascular parameters) may reflect structural and microvascular changes at the brain level, which can be assessed by brain imaging or by clinical signs such as dementia signs. In this thesis, in order to test this hypothesis, we first examined the associations between retinal nerve layer thickness and i) brain volumes, ii) cortical thicknesses iii) and white matter microstructure in a population of healthy young adults. We then analysed the associations between the retinal nerve layer thickness and retinal microvasculature with dementia in elderly subjects from the general population. In the i-Share (Internet-based Students Health and Research Enterprise) cohort of young subjects, our results suggest associations between retinal layers thickness and brain regions, particularly in regions the visual pathway, but also in association tracts that rely different brain areas; these associations were mainly found with markers assessing brain microstructure. In the Three City-Aliénor cohort of elderly people, two studies were carried out in relation to dementia. With regard to retinal layers thickness, we described the evolutionary trajectories of retinal nerve layers thickness preceding dementia diagnosis in individuals with dementia and matched controls. Our results suggest a faster decline in the thickness of the retinal nerve fiber layer (RNFL) in future demented subjects. As for retinal microvasculature, we examined the longitudinal relationship between retinal vascular features and dementia incidence over 10 years. Increased vessel tortuosity and, to a lesser extent, increased venular calibers were associated with dementia risk. We also found some specific associations according to dementia etiology. Overall, our results suggest that retinal imaging could provide information for the study of the brain, whether at the structural level or in relation to dementia. However, further studies are needed to better understand the relationship between these two organs, and to clarify the extent to which retinal structures could represent biomarkers of brain structures and be clinically useful for identifying and preventing dementia risk.