Fiche pédagogique plasticité post-lésionnelle des aires du langage: Sujet 132121
La technique non invasive d’IRM fonctionnelle permet de réaliser une étude des aires impliquées dans le langage (production et réception) et de préciser leur latéralisation avant une intervention chirurgicale visant à réduire un foyer épileptique.
Ces données permettent d’illustrer les propriétés de plasticité du système nerveux central en prenant comme exemple les fonctions langagières.
Origine des images
Hertz-Pannier Lucie, Laboratoire de recherche biomédicale (LBIOM), CEA-Saclay Bât. 145, 91192 Gif-sur-Yvette cedex.
Chiron Catherine, INSERM U663, département de radiologie pédiatrique, Hôpital Necker - Enfants Malades, 149 rue de Sèvres, 75015 Paris.
Publication de référence
Hertz-Pannier Lucie, Chiron Catherine, Jambaqué Isabelle, Renaux-Kieffer Virginie, Van de Moortele Pierre-François, Delalande Olivier, Fohlen Martine, Brunelle Francis and Le Bihan Denis. Late plasticity for language in a child’s non-dominant hemisphere A pre- and post-surgery fMRI study. Brain, 2002, 125, 361-372.
Description du cas clinique
Le sujet 132121 a développé, à l’âge de 5 ans et 6 mois, après un développement normal du langage, une épilepsie dont le foyer a été localisé dans l’hémisphère gauche. Cette forme d’épilepsie appelée syndrome de Rasmussen se traduit par de très nombreuses crises invalidantes et entraînant l’apparition progressive d’une atrophie corticale, d’une hémiplégie et d’un retard de développement cognitif.
Une première étude (dite pré-chirurgicale) a été menée alors que le sujet était âgé de 6 ans et 9 mois. Elle consistait en un ensemble de tests neuropsychologiques (Test de QI, production et répétition de mots, diction, compréhension sémantique et syntaxique, lecture…). Bien que présentant des signes de désordre comportemental, d’hémiparésie et de négligence droite, le sujet avait alors une scolarité normale, il pouvait lire, écrire et compter. Un mois plus tard, une IRM fonctionnelle a été réalisée. Après acquisition des images anatomiques, les images fonctionnelles ont été obtenues selon un paradigme d’activation dite en bloc (alternance de conditions d’activation et de condition de repos). Le sujet a été entraîné aux conditions d’activation avant la procédure d’IRM fonctionnelle. La capacité à générer des mots se rapportant à des catégories concrètes (animaux, couleurs) a été testée durant deux périodes d’activation d’une durée de 60 secondes chacune, séparées par trois périodes de repos de même durée durant laquelle il était demandé au sujet d’arrêter de penser aux mots. Ce paradigme expérimental a été répété deux fois. Les images fonctionnelles obtenues sont présentées dans la figure ci-dessous :
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| En rouge et jaune les aires cérébrales activées lors des tâches de langage (gyrus inférieur frontal gauche et gyrus précentral latéral) |
Les zones impliquées dans la production du langage (génération de mots) sont nettement latéralisées et restreintes, avant opération chirurgicale, dans l’hémisphère gauche dit dominant (comme c’est le cas chez 94% des droitiers et 76% des gauchers, Pujol et al., 1999).
De 7 ans à 9 ans, les capacités cognitives (désordres comportementaux notamment) du sujet se sont détériorées en raisons de crises d’épilepsies pluri quotidiennes. La résistance de l’épilepsie aux traitements médicamenteux classiques a amené l’équipe médicale à envisager une opération chirurgicale visant à extraire, ou à déconnecter anatomiquement sans exérèse, une partie de l’hémisphère gauche (respectivement hémispherectomie ou hemispherotomie de la zone contenant le foyer épileptique). L’équipe médicale était réservée quand à cette déconnexion de l’hémisphère dominant (gauche) car la période critique de développement du langage chez l’enfant est classiquement fixée à 6 ans, bien que certaines études rapportent des capacités de réapprentissage du langage après lésion à des âges plus avancés. Une étude antérieure avait ainsi montré que six enfants droitiers atteint d’un syndrome de Rasmussen avaient récupéré en un an leurs capacités langagières initiales après une aphasie complète résultant d’une hémispherectomie gauche réalisée entre 7 et 14 ans (Boatman et al., 1999).
L’hémispherotomie gauche (déconnexion) a été réalisée alors que le sujet était âgé de 9 ans. Après l’opération le sujet pouvait marcher malgré une hémiplégie droite persistante mais il avait perdu complètement ses capacités à lire et à compter (aphasie et alexie). Trois mois après l’opération le sujet avait récupéré des capacités de compréhension sémantiques équivalentes à celles qu’il avait à l’âge de six ans et il pouvait prononcer quelques mots, compter jusqu’à six mais sans être capable de lire. Après avoir été admis dans une école spécialisée (réhabilitation orthophonique) à l’âge de 10 ans. Six mois plus tard, c’est à dire un an et demi après l’opération, une nouvelle série de test neuropsychologiques a été réalisée. Malgré un score de QI verbal relativement bas, le sujet était à nouveau capable de construire des phrases courtes de nommer des images, de lire certains mots et de réaliser des opérations simples. Une étude en IRMf (dite post chirurgicale) a alors été réalisée pour localiser les régions nouvellement impliquées dans le langage.
Paradigme de construction des images fonctionnelles
Après acquisition de l’image anatomique (IRMsujet132121anatpost), les images fonctionnelles ont été obtenues selon un paradigme d’activation dite en bloc (alternance de conditions d’activation et de condition de repos), suivant trois tâches de langage : génération de mots, génération de phrases et écoute de phrases.
La capacité à générer des mots se rapportant à des catégories concrètes (animaux, couleurs, prénoms, nourriture) a été testée durant quatre périodes d’activation d’une durée de 27 secondes chacune, séparées par des périodes de repos de même durée durant laquelle il était demandé au sujet d’arrêter de penser aux mots. L’image de différence statistique (Test T activation versus repos) obtenue est référencée : IRMsujet132121fonctionLangagePlasticiteGenerationMots.
Une tâche similaire de génération de phrases a été réalisée selon le même protocole que celui de la génération de mots (quatre périodes d’activation et trois périodes de repos). Un mot concret été proposé au sujet toute les 7 secondes et il devait générer une phrase simple contenant ce mot (aucun mot n’était présenté pendant les périodes de repos). L’image de différence statistique (Test T activation vs repos) obtenue est référencée :
IRMsujet132121fonctionLangagePlasticiteGenerationPhrase.
La dernière tâche consistait pour le sujet à écouter attentivement des phrases simples d’une durée maximale de 2,5 secondes toutes les 5 secondes (6 phrase par bloc d’activation) en alternance avec des périodes de repos (51 répétitions). L’image de différence statistique (Test T activation versus repos) obtenue est référencée : IRMsujet132121fonctionLangagePlasticiteEcoutePhrase
Ce sont ces images qui sont regroupées dans ce dossier.
Les seuils de visualisation des images fonctionnelles sous EduAnatomist sont les suivants :
- Pour IRMsujet132121fonctionLangagePlasticiteEcoutePhrase, Seuil inférieur à 70 et Seuil supérieur à 100 ;
- Pour IRMsujet132121fonctionLangagePlasticiteGenerationMots, Seuil inférieur à 70 et Seuil supérieur à 100 ;
- Pour IRMsujet132121fonctionLangagePlasticiteGenerationPhrase, Seuil inférieur à 70 et Seuil supérieur à 100.
Exploitation pédagogique
La superposition des différentes images fonctionnelles sur l’image anatomique permet de localiser les aires impliquées dans la production et la réception du langage chez le sujet après l’opération d’hémispherotomie gauche.
Ces résultats montrent la capacité de l’hémisphère non dominant (ici l’hémisphère droit) à prendre en charge le développement des fonctions langagières après une lésion de l’hémisphère dominant (ici lésionectomie de l’hémisphère gauche).
C’est un exemple de plasticité fonctionnelle post lésionnelle de l’hémisphère droit. Ces résultats indiquent qu’il est raisonnable de considérer une déconnexion de l’hémisphère dominant jusqu’à l’âge de 9 ans, c’est à dire au delà de la période critique d’acquisition du langage. Notons que ces propriétés de plasticité du système nerveux central sont beaucoup plus limitées chez l’adulte.
Il est également à noter que les réseaux de l’hémisphère droit qui supportent les fonctions de langage expressif après l’opération sont situés dans des régions (gyri inférieur et moyen frontal, ainsi que l’aire motrice supplémentaire) « en miroir », c’est à dire homologues, de celles qui assumaient ces fonctions dans l’hémisphère gauche avant l’hémisphérotomie. Ces données sont des arguments forts en faveur d’un réseau bilatéral pré-existant impliqué dans les fonctions langagières (Boatman et al., 1998).
Caractéristiques techniques
Imageur BRUKER spectromètre
Aimant à haut champ : 3 Tesla (Sensibilité à l’activité cérébrale)
Système de gradients echo echo-planar, paradigmes d’activation en blocs.
Imagerie fonctionnelle:
La durée des intervalles a été adaptée à la longueur des stimuli (2,1s pour la présentation de mots simples avec TR=3,5s et 3,6s pour la présentation de phrases avec TR=5s). 22 coupes axiales ont été acquises. (taille des voxels: 3.7 x 3.7 x 5 mm3).
Bibliographie complémentaire
- Boatman D, Freeman J, Vining E, Pulsifer M, Miglioretti D, Minahan R, et al. Language recovery after left hemispherectomy in children with late-onset seizures. Ann Neurol 1999; 46: 579–86.
- Boatman D, Hart J Jr, Lesser RP, Honeycutt N, Anderson NB, Miglioretti D, et al. Right hemisphere speech perception revealed by amobarbital injection and electrical interference. Neurology 1998; 51: 458–64.
- Pujol J, Deus J, Losilla JM, Capdevila A. Cerebral lateralization of language in normal left-handed people studied by functional MRI. Neurology 1999; 52: 1038–43.
