Développer neuroimagerie phénotypes du défaut réseau mode dans le SSPT: Intégration de l'état de repos, la mémoire de travail, et de la connectivité structurelle

L'objectif général de l'expérience suivante est d'étudier le réseau du mode par défaut dans le trouble de stress post-traumatique à l'aide de techniques d'imagerie cérébrale complémentaires : la connectivité fonctionnelle à l'état de repos, la désactivation induite par une tâche et la connectivité structurelle. Cette étude est réalisée en formant d'abord les participants à effectuer la tâche de mémoire de travail N-back en dehors du scanner, afin de ne pas surcharger des participants potentiellement anxieux face aux procédures de l'étude, tout en leur offrant un défi suffisant pour leur mémoire de travail, nécessaire à l'imagerie des désactivations induites par la tâche. Dans un deuxième temps, les participants s'allongent à l'intérieur du lit d'un scanner IRM de trois Tesla et des coussins sont placés autour de la tête afin de minimiser les mouvements crâniens.

Ensuite, pendant l'acquisition d'images IRM, demandez aux participants d'effectuer la tâche de rappel arrière, suivie d'une présentation de quatre minutes d'une croix de fixation. Cette procédure permet d'acquérir des images de l'activité associée à la tâche ainsi que de l'état de repos. Répétez ces étapes, puis demandez aux participants de fermer les yeux pendant l'acquisition d'images de tensorielles de diffusion.

Les résultats obtenus montrent un patron spatial compatible avec les principaux nœuds du réseau en mode par défaut dans l'analyse de la connectivité fonctionnelle à l'état de repos, une activation accrue du réseau exécutif et une désactivation du réseau en mode par défaut durant la tâche de mémoire de travail à deux retours, ainsi que les faisceaux de substance blanche reliant les régions du réseau en mode par défaut obtenus lors de l'IRM de diffusion (DTI). Cette technique intègre des approches d'imagerie neurofonctionnelle et neurostructurale qui, à terme, pourraient aider au diagnostic du trouble de stress post-traumatique (PTSD) et des troubles psychiatriques associés. Des approches traditionnelles d'IRMf liées à des tâches sont combinées à l'acquisition de données de connectivité à l'état de repos et de connectivité structurelle.

La démonstration des procédures de l'étude sera effectuée par Louisa Carpenter Vs.Who, une assistante de recherche dans mon laboratoire. Cette méthode peut fournir des informations utiles pour comprendre le fonctionnement et le dysfonctionnement du réseau par défaut. Ces méthodes peuvent également être facilement étendues afin de caractériser simultanément plusieurs réseaux cérébraux, permettant d'évaluer comment les troubles psychiatriques affectent l'intégration des réseaux, avant d'entamer les étapes décrites dans ce protocole.

Tout d'abord, obtenez un consentement écrit et éclairé, et assurez-vous d'examiner soigneusement le participant pour la sécurité en IRM. Ensuite, formez le participant à réaliser la tâche N back en dehors du scanner. Commencez le premier entraînement par l'exécution du test de vigilance avec zéro retour (zero back) sur des lettres.

Demander au sujet d'indiquer « oui » à une consonne cible, telle qu'un H majuscule ou minuscule, à l'aide d'une boîte de réponse à deux boutons, et « non » à toutes les autres consonnes. Les neuf consonnes doivent être affichées pendant 500 millisecondes chacune, avec un intervalle inter-stimulus de 2 500 millisecondes, pour une durée totale de 27 secondes. Les consonnes cibles seront présentées quatre fois dans chaque bloc de zéro retour.

Ensuite, demandez au participant de s'exercer au test de rappel à deux éléments. Instruisez-le à donner une réponse oui ou non à l'aide de la boîte de réponse, après la présentation de chaque consonne, pour indiquer si celle-ci est identique ou différente de la consonne présentée précédemment dans la série.

Présentez au participant une série de 15 consonnes pendant 500 millisecondes chacune, avec un intervalle interstimulus de 2 500 millisecondes, pour une durée totale de 45 secondes. Le stimulus cible doit être présenté cinq fois. Continuez à entraîner le participant jusqu'à ce que ses performances atteignent au moins 75 % de réponses correctes sur la composante « deux pas en arrière » avant l'imagerie.

Tout d'abord, demandez au participant d'enlever tous les objets métalliques, de changer pour des vêtements compatibles avec l'IRM, puis faites-le entrer dans la salle du scanner IRM de trois Tesla. Fournissez des bouchons d'oreille pour la protection auditive et demandez-lui de s'allonger sur la table du scanner ; placez des coussins autour de la tête afin de minimiser les mouvements. Remettez-lui la boîte de réponse compatible avec l'IRM pour la tâche de mémoire de travail rétroactive, ainsi qu'une poire de sécurité qu'il pourra presser pour interrompre l'examen en cas d'urgence.

Placez également un oxymètre de pouls sur un doigt pour la surveillance et l'enregistrement des paramètres physiologiques. Ensuite, placez une bobine crânienne de 32 canaux et l'écran de présentation au-dessus de la tête du participant avant de le déplacer vers le scanner. Assurez-vous que le participant est à l'aise et peut voir l'écran.

Commencez ensuite la séance d'IRM. Commencez par acquérir une image anatomique cérébrale haute résolution isotrope d'un millimètre. Utilisez les paramètres d'IRM haute résolution indiqués ici.

Ensuite, lancez l'acquisition IRM. Puis, configurez les paramètres d'acquisition d'image FMRI au mode BOLD sur la console du scanner. Utilisez les paramètres indiqués ici avant de démarrer l'analyse fonctionnelle.

Projetez d'abord les instructions vers le patient pendant trois secondes avant chaque tâche zéro ou deux arrière. Utilisez le logiciel de présentation des stimuli. Ensuite, acquérez des images IRMf sur la mémoire de travail en utilisant le test NAC.

Une croix de fixation de base de 32e doit être présentée au patient avant chacun des blocs zéro rétroactif. Cela fournira une ligne de base pour la comparaison avec les autres blocs zéro et deux rétroactifs. Lors de l'analyse des données, inclure au total trois parties zéro rétroactif et trois parties deux rétroactifs, ainsi que deux blocs de base.

Cela doit être présenté en deux séries d'imagerie distinctes, dans un ordre contrebalancé. Après avoir terminé les paradigmes N back, s'assurer que le participant est toujours à l'aise et prêt à poursuivre l'examen. Puis lui indiquer que le bloc de repos est le suivant et lui préciser de ne pas s'endormir.

Utilisez un logiciel de présentation de stimuli pour afficher une croix de fixation à l'écran. Acquérez des images en état de repos pendant les quatre minutes suivantes en utilisant les mêmes paramètres d'IRMf que ceux utilisés pour acquérir les images NAC. Répétez ensuite l'acquisition pour la mémoire de travail en utilisant à nouveau le test NAC.

Définissez ensuite, sur la console de l'appareil d'imagerie, les paramètres d'acquisition d'images DTI pour des images de diffusion en écho de spin double selon un planificateur avec gradients de diffusion appliqués selon 64 directions non linéaires ; activez les échos partiels et les interpolations. Veillez à informer le participant que l'appareil peut vibrer pendant les séquences suivantes et que ce phénomène est normal. Demandez-lui de fermer les yeux et de se détendre au mieux dans l'appareil.

Ensuite, acquérez la séquence DTI. Une fois l'ensemble du balayage terminé, retirez le participant du scanner et renseignez-vous sur le déroulement de la séance.

Répondez à toutes leurs questions et remerciez-les pour leur participation. Veillez à transférer les données de manière sécurisée ou à ce que l'ordinateur du scanner IRM enregistre un DBD contenant les images des participants et les enregistrements physiologiques, en vue d'une analyse ultérieure des données. Enfin, effectuez une analyse de la connectivité en état de repos à l'aide d'une analyse de connectivité par région pivot afin d'évaluer la relation entre des régions prédéfinies a priori et d'analyser la connectivité fonctionnelle.

Utilisez également un logiciel de traitement d'IRMf pour prétraiter les données de mémoire de travail et un modèle linéaire général basé sur les voxels afin de quantifier l'activité spécifique à la tâche dans chaque voxel cérébral des jeux de données individuels. Les résultats présentés ici reposent sur des données recueillies à l'aide de la même approche d'imagerie chez deux échantillons différents d'individus ayant un passé de traumatisme et de mauvais traitement pendant l'enfance, mais sans trouble de stress post-traumatique, issus de l'état de repos. L'analyse de la connectivité fonctionnelle a révélé un patron spatial compatible avec les principaux nœuds du réseau par défaut, incluant le cortex préfrontal médian, le cortex cingulaire postérieur, le gyrus angulaire, le lobe pariétal inférieur et les régions temporales moyennes.

Ces sections sagittales illustrent les schémas associés à la tâche de mémoire de travail à deux rétroactions. Les schémas d'activation au sein du réseau exécutif sont illustrés en orange et en rouge, tandis que la désactivation du réseau du mode par défaut apparaît en bleu. Ici, nous observons une activité à zéro rétroaction, qui est généralement combinée à la mémoire de travail afin de contrôler l'attention.

Les schémas d'activation sont en orange et rouge, et ceux de désactivation en bleu. On observe ici une certaine désactivation du réseau du mode par défaut, accompagnée d'une faible activation exécutive en fin de processus. L'étendue du faisceau clival, telle qu'elle est révélée par la tractographie probabiliste, est affichée ici.

La forme tridimensionnelle et le motif de ces fibres peuvent être observés grâce à des coupes transversales du cerveau fournies à titre de référence visuelle. Cette image illustre la manière dont ces fibres traversent le cortex préfrontal médian et le cortex cingulaire postérieur. Enfin, ici, on peut voir comment ces fibres cheminent à travers la composante temporale médiane du réseau du mode par défaut.

Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière de combiner des approches d'imagerie neurologique multimodales, telles que l'acquisition de l'activité associée à une tâche avec la connectivité à l'état de repos et la connectivité structurelle. Lors de la mise en œuvre de cette procédure, il est essentiel de garder à l'esprit que les mouvements du participant doivent être réduits au minimum. Cela s'obtient en plaçant des coussins contre la tête du participant dans le scanner et en évaluant fréquemment son confort pendant les procédures d'acquisition.