Sujets 13111 et 13112 : Variabilité interindividuelle du cortex moteur Version 1: Localisation des aires du cortex moteur

Origine des images

Anton Jean-Luc, Centre d’Imagerie par Résonance Magnétique Nucléaire fonctionnelle, CHU la Timone, 264 Rue St Pierre, 13 385 Marseille Cedex 05, France.
Centre Nationale de la Recherche Scientifique, Universités d'Aix-Marseille (U1, U2, U3) et Assistance Publique des Hôpitaux de Marseille.
http://irmfmrs.free.fr/
 

Publication de référence

Bertrand Thirion, Philippe Pinel, Sébastien Mériaux, Alexis Roche, Stanislas Dehaene and Jean-Baptiste Poline (2007) Analysis of a large fMRI cohort: Statistical and methodological issues for group analyses. NeuroImage, Volume 35, Issue 1, March 2007, Pages 105-120.

Paradigme de construction des images fonctionnelles

Ces images fonctionnelles se rapportent à une série de tests de routine visant à explorer les fonctions cérébrales de sujets impliqués dans un ensemble de tâches sensorimotrices ou cognitives simples pendant un temps court (5 minutes).
Les sujets reçoivent l’instruction visuelle ou auditive « cliquez trois fois sur le bouton droit » ou « cliquez trois fois sur le bouton gauche ». Les événements interviennent de manière aléatoire au cours du temps avec un intervalle moyen de 3 secondes entre les stimuli, avec 5 occurrences par événement. Les stimuli sont donc soit visuels, soit auditifs. Les stimuli auditifs sont d’une durée d’environ une seconde et demi, et les phrases visuelles sont présentées sous la forme de 4 écrans visuels successif de 250 ms, afin d’éviter au sujet d’avoir à faire des saccades visuelles sur des stimuli trop étendus.
Le contraste clic gauche – clic droit (Resp. : versus clic droit – clic gauche) combine quatre conditions expérimentales : cliquer avec la main gauche ou avec la main droite après une consigne visuelle ou auditive et s’appuie sur 20 essais pendant le temps de la manipulation (Clic droit : 5 instructions vidéo, 5 instructions audio, soit 10 essais et Clic gauche : 5 instructions vidéo, 5 instructions audio, soit 10 essais également).
 

Les aires impliquées dans la réponse motrice de la main sont mises en évidence sur les images de différence statistique entre les réponses motrices de la main droite et celles de la main gauche.
Les calques fonctionnels correspondent à des tests T (p inférieur à 0.001 non corrigé) de différence entre les acquisitions avec activation motrice de la main droite versus celle de la main gauche (Resp. gauche versus droite), quelles que soient les stimulations, visuelles ou auditives.

Les seuils de visualisation des images fonctionnelles sous EduAnatomist sont les suivants :

• IRMsujet13111fonctionMotriciteMainGaucheVersusDroite, seuil bas à 70 et seuil haut à 100 ;
• IRMsujet13112fonctionMotriciteMainGaucheVersusDroite, seuil bas à 80 et seuil haut à 100 ;
• IRMsujet13111fonctionMotriciteMainDroiteVersusGauche, seuil bas à 75 et seuil haut à 100 ;
• IRMsujet13112fonctionMotriciteMainDroiteVersusGauche, seuil bas à 75 et seuil haut à 100

Exemple de résultat obtenu avec EduAnatomist

IRMsujet13112fonctionMotriciteMainGaucheVersusDroite montrant la zone corticale impliquée dans la réponse motrice de la main gauche. Test T de différence statistique entre les acquisitions avec activation motrice de la main gauche versus celle de la main droite.

Exploitation pédagogique des images : localisation des aires motrices primaires

Les images IRMsujet13111fonctionMotriciteMainGaucheVersusDroite et IRMsujet13112fonctionMotriciteMainGaucheVersusDroite (Resp. : IRMsujet13111fonctionMotriciteMainDroiteVersusGauche et IRMsujet13112fonctionMotriciteMainDroiteVersusGauche) permettent de localiser les régions corticales activées lors d’une tâche motrice. La comparaison de l’activation cérébrale correspondant au mouvement de la main droite avec celle d’un mouvement de la main gauche (Resp. de la main gauche avec celle de la main droite) permet notamment de caractériser le cortex moteur primaire (aire motrice primaire).

La superposition des différentes images fonctionnelles contrastées sur les images anatomiques correspondantes permet de localiser les aires impliquées dans la réponse motrice de la main pour les deux sujets isolés (13111 et 13112), soumis au même protocole. Ces résultats montrent que la commande motrice cérébrale est assurée par une région localisée au niveau du cortex de l'hémisphère controlatéral à la main sollicitée : l'aire motrice primaire, située en avant du sillon de Rolando (région anatomique désigné par l’aire 4 du gyrus précentral). Mais d'autres régions antérieures (aires prémotrices et motrices supplémentaires) interviennent également.

Ces images permettent d'illustrer que le contrôle moteur assuré par une aire motrice primaire s'effectue sur la partie controlatérale du corps. C'est à dire que le contrôle moteur de la main droite est assuré par une région du cortex moteur de l'hémisphère gauche et  le contrôle moteur de la main gauche est assuré par le cortex moteur de l'hémisphère droit. Ces données peuvent être complétées par l’étude du trajet des voies centrifuges de la motricité volontaire. Les axones des neurones du cortex moteur droit doivent donc bifurquer durant leur descente vers leurs contacts synaptiques avec les motoneurones de la moelle épinière pour changer de côté, et vice versa pour ceux du cortex moteur gauche. La décussation de la voie pyramidale explique pourquoi des lésions ou des accidents cérébro-vasculaires touchant le cortex moteur primaire d'un hémisphère entraînent une paralysie de l’autre côté du corps (hémiplégie). Ceci peut être illustré par l'étude des images correspondantes aux sujets 12211 à 12213, associant des images anatomiques d'Accidents Vasculaires Cérébraux au tableau clinique des patients.

Enfin, la partie du cortex moteur dédiée au contrôle des mouvements de la main est importante. Elle est à replacer dans un homonculus moteur illustrant les différentes régions du cortex moteur impliquées dans la genèse du mouvement volontaire des différentes parties du corps, selon une organisation topique.

L’exploitation des images obtenues pour les deux sujets permet d’introduire une unité (même région) et une variabilité dans la localisation (coordonnées X, Y et Z correspondants aux trois plans de coupe) des images d’activation. Ce qui permet d’introduire la notion de variabilité interindividuelle.

Une étude menée sur 81 sujets droitiers permet d’obtenir une image statistique représentative de l’activation attendue suite à une commande motrice (main gauche/main droite). Voir pour cela l’image ci-dessous :

Image statistique moyenne :

Modèle statistique des effets obtenus pour le contraste « clic main gauche / clic main droite » sur 81 sujets ; Valeurs de z associées au test RFX (Random effects).

Bibliographie complémentaire

 B.Thirion, P.Pinel, and J.-B. Poline. Finding landmarks in the functional brain: Detection and use for group characterization. In Proc. MICCAI2005, Palm Spings, USA, October26-29 2005

Caractéristiques techniques

Imageur BRUKER spectromètre, Centre IRMf de Marseille de l’hôpital de la Timone. Aimant à haut champ : 3 Tesla (Sensibilité à l’activité cérébrale). Système de gradients echo echo-planar, paradigmes d’activation en blocs. Système de gradients : BGA 55, Nombre de volumes acquis : 131 moins les 5 premières images soit 126, Nombre de runs fonctionnels : 1, 36 coupes axiales ont été acquises. (taille des voxels : 1 x 1 x 1.2mm³), TR = 2,4s, TE = 30 ms, FOV =24*24cm.

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