Imagerie par résonance magnétique (IRM)spectroscopieLa spectroscopie de résonance magnétique (SRM) est une technique d’analyse performante et non invasive pour l’exploration métabolique du cerveau. La SRM in vivo permet de quantifier les signaux RMN de différents métabolites cérébraux possédant des noyaux de même type (tels que le proton) et de fréquence de résonance différente en fonction de leur environnement chimique. Ainsi, les principaux métabolites détectés en SRM protonique cérébrale à temps d’écho long (TE = 135–270ms) sont le N-acétylaspartate (NAA), observé à 2ppm, reflet de la fonction et de la densité neuronale, la créatine/phosphocréatine (Cr), observée à 3ppm, reflet de la cellularité et des réserves énergétiques, et les dérivés de la choline (Cho), observés à 3,2ppm, marqueurs entre autres des membranes et de l’inflammation. Aux temps d’échos courts (< 40ms), d’autres métabolites peuvent être observés, comme le myo-inositol (mIno) à 3,54ppm, reflet de l’activité gliale et microgliale, le massif de glutamateglutamate/glutamine observé entre 2,1 et 2,3ppm, marqueur de l’excitoxicité, et les macromolécules observées entre 1,1 et 1,4ppm, qui reflètent entre autres les produits de dégradation membranaire (figure 17.1).

Dans le cas de la SEP, le taux de NAA est abaissé dans les lésionslésions chroniques hypo-intenses en T1, reflétant la dysfonction et la perte axonale, et peut s’accompagner d’une augmentation du mIno relative à un phénomène de gliosegliose [5]. Dans les plaques actives (prenant le contraste), on retrouve une augmentation des quantités de mIno, de glutamate/glutamine et du lactate (marqueur du métabolisme anaérobie et des macrophagesmacrophages). En dehors des lésions focales, une augmentation du pic de choline dans la substancesubstance blanche d’apparence normalesubstanceblanche d’apparence normale en IRMIRM conventionnelleIRMconventionnelle peut être détectée plusieurs mois avant l’apparition de la plaque de démyélinisationdémyélinisation. De plus, le profil métabolique aux stades les plus précoces de la maladie reflète un processus inflammatoire démyélinisant au sein de la substancesubstance blanchesubstanceblanche associé à un dysfonctionnement neuronal dans la substancesubstance grisesubstancegrise réversible dans un premier temps [6]. Aux stades plus avancés, une baisse de NAA et une hausse de mIno sont observées, traduisant une atteinte axonale irréversible, une activité gliale et des phénomènes de gliose (hausse de mIno) au sein des substances blanche et grise.

L’importance des troubles cognitifs chez les patients souffrant de SEP a été associée de manière plus ou moins convaincante à ces désordres métaboliques observables par SRM cérébrale du proton.

Ainsi, les performances attentionnelles évaluées par une tâche d’écoute dichotiqueécoute dichotique ont été corrélées à la baisse de la fonctionnalité neuronale traduite par la baisse du rapport NAA/Cr au sein du locus coeruleus (structure du tronc cérébral) [7]. La baisse de ce même rapport NAA/Cr au sein du gyrus cingulaire antérieur a été reliée aux baisses de performances mnésiques évaluées par la Wechler Memory Scale (WMS)Wechler Memory Scale (WMS) [8]. Parallèlement, la détermination globale du rapport NAA/Cr cérébral a permis d’expliquer environ 40 % de la variance d’un facteur composite rendant compte de l’ensemble des dysfonctions cognitives chez une population de patients atteints de SEP [9] bien que d’autres auteurs rapportent que le rapport NAA/Cr semble non prédictifprédictif des troubles cognitifs [10].

Enfin, l’augmentation de l’activité gliale reflétée par la hausse de mIno au sein de la substancesubstance blanche d’apparence normalesubstanceblanche d’apparence normale durant les trois premières années suivant un premier événement clinique semble être l’un des prédicteurs de la perte des capacités de fonctions exécutivesfonctions exécutives chez ces patients [11].

Le phénomène de diffusion est la conséquence de la mobilité aléatoire (mouvements browniens) des molécules d’eau. Ainsi, la diffusion est élevée dans le liquide céphalorachidien des ventricules et des citernes (parcours non restreint par les tissus), et moindre lorsque les molécules d’eau évoluent dans des structures qui restreignent leur mobilité, comme les faisceaux myélinisés de substancesubstance blanchesubstanceblanche ou les structure corticalescorticales. Il est possible de sensibiliser le signal IRMIRM au phénomène de diffusion grâce à l’application de gradients bipolaires de champ magnétique. Le degré de mobilité des molécules d’eau est exprimé par le coefficient apparent de diffusion (CAD). Au sein du tissu cérébral, la diffusion ne se fait pas uniformément dans toutes les directions de l’espace et il est possible de définir la directionnalité de cette diffusion en multipliant les directions de sensibilisation du signal à la diffusion. La modélisation mathématique de la diffusion des molécules d’eau par un tenseur (imagerie tensorielle de diffusion) permet de déterminer la direction prépondérante de diffusion moyennée à l’échelle du voxel. On peut ainsi visualiser préférentiellement les structures qui, comme les fibres nerveuses et les faisceaux de substance blanche, sont caractérisées par une orientation commune. À partir de ces paramètres quantitatifs issus des acquisitions IRM pondérées en diffusion, l’application d’algorithmes mathématiques permet de calculer la cohérence directionnelle de la diffusion des molécules d’eau appartenant à des voxels voisins et ainsi de visualiser artificiellement le trajet des fibres de substance blanche. C’est le principe de la tractographie (voir figure 12.4 p. 127)IRMtractographie (voir figure 12.4 p. 127).

Les processus pathologiques accompagnant la SEP altèrent l’intégrité tissulaire et entraînent une augmentation de la diffusion moyenne des molécules d’eau, qui se retrouvent dans un environnement moins restreint. C’est le cas des lésionslésions de démyélinisationdémyélinisation qui sont caractérisées par une augmentation du coefficient de diffusion, une diffusivité élevée et une baisse de l’anisotropie. Ces anomalies de diffusion sont observées également dans la SB d’apparence normale et dans la SG. Des études longitudinalesétudes longitudinales ont permis de visualiser au cours d’une année une déstructuration tissulaire progressive dans les formes progressives primaires et, à un moindre degré, dans les formes rémittentes de SEP [12]. Cependant, si ces variations de diffusion sont sensibles, elles sont peu spécifiques, reflétant aussi bien la perméabilité des membranes que l’intégrité structurelle du tissu, l’inflammation, la gliosegliose ou la perte axonale.

De nombreuses études ont décrit des relations entre les anomalies structurales observées par IRM de diffusion et les troubles cognitifs chez les patients souffrant de SEP. De manière non exhaustive, chez des patients présentant une forme rémittente, certaines corrélations significatives ont été observées entre le degré de structuration du corps calleuxcalleux exprimé par le coefficient apparent de diffusion (CAD) et les performances au PASATPASAT, une tâche impliquant des processus de mémoiremémoiremémoirede travailde travailmémoire, de traitement rapide de l’information et de gestion de conflits [13,14]. Les paramètres caractérisant la structure du corps calleux (anisotropie et diffusivité moyenne) ont également été corrélés aux troubles cognitifs, montrant à la fois un impact des lésionslésions calleuses macroscopiques mais également des atteintes diffuses le long des fibres d’apparence normale sur l’IRMIRM conventionnelleIRMconventionnelle [15]. Un lien entre l’atteinte microscopique mesurée par imagerie de diffusion et les performances obtenues au SDMTSDMT a aussi été mis en évidence [16]. À un stade plus précoce de la maladie, les troubles des fonctions exécutivesfonctions exécutives apparaissent liés à différentes mesures de diffusion, traduisant une atteinte microscopique du tissu cérébral au niveau des faisceaux sous-corticaux du lobe frontallobe frontal [17]. L’utilisation d’une méthode de tractographieIRMtractographie probabiliste et une analyse de cartographie statistique des données d’anisotropie de diffusion ont permis de démontrer une relation entre certains troubles cognitifs spécifiques et l’atteinte des faisceaux de fibre blanche reliant des zones corticalescorticales impliquées dans ces systèmes ou dans des systèmes potentiellement réorganisés [18].

Imagerie par résonance magnétique (IRM)transfert d’aimantationLe signal IRMIRM provient principalement des protons de l’eau dont les mouvements sont peu ou pas restreints (pool libre). Bien que le signal des protons liés (protons des macromolécules de myélinemyéline et autres molécules membranaires) ne soit pas directement observable, il influence cependant le signal IRM par le biais d’échanges chimiques et physiques entre protons liés et protons libres de voisinage. La technique de transfert d’aimantation est fondée sur la quantification indirecte de ces interactions. L’application d’une impulsion de radiofréquence sélective sature le signal des protons liés et va provoquer une variation de l’aimantation des protons libres se traduisant par une baisse relative du signal IRM. Cette baisse relative de signal, quantifiée par le taux de transfert d’aimantation (TTA)IRMtransfert d’aimantation (TTA), dépend du nombre de sites d’échange, donc du degré de structuration du tissu. Plus le tissu est structuré, plus ces échanges sont importants. Cependant, pour que les résultats quantitatifs soient fiables, une procédure d’acquisition standardisée doit être appliquée [19].

Comme les paramètres de diffusion, le TTA apparaît très sensible mais peu spécifique. Dans la SEP, une baisse du TTA local peut être détectée plusieurs mois avant l’apparition d’une nouvelle lésion. La variation du taux de transfert d’aimantation sur le premier mois suivant la prise de contraste serait de plus un bon indicateur de l’efficacité des processus de réparation tissulaire. Chez des patients souffrant de SEP cliniquement certaine, il est possible aussi de mettre en évidence une baisse du TTA global sur l’ensemble du tissu cérébral d’apparence normale ainsi que dans la substancesubstance blanche d’apparence normalesubstanceblanche d’apparence normale. Ces anomalies sont plus importantes chez les patients au stade progressif. Leur amplitude a une valeur prédictive de la sévérité de l’évolution ultérieure de la maladie. Des anomalies de TTA peuvent également être détectées dès le stade du premier épisode neurologique démyélinisant, aussi bien au niveau de la SB d’apparence normale, qu’au niveau de la SG. Au stade précoce, les baisses de TTA les plus importantes concernent les longs faisceaux d’association de fibres blanches (faisceau longitudinal supérieur, corps calleux), les noyaux gris centraux et certaines aires associatives (figure 17.2) [20].

De nombreuses études sont en faveur d’une atteinte tissulaire plus importante et plus diffuse chez les patients présentant des dysfonctionnements cognitifs [[21][22][23][24] and [25]]. Ainsi, la diminution du TTA dans le tissu cérébral d’apparence normale serait une variable prédictive du déficit cognitif précoce [26]. En particulier, les atteintes de la SB d’apparence normale joueraient un rôle majeur dans le dysfonctionnement cognitif [[27][28] and [29]]. L’une des hypothèses serait que l’atteinte tissulaire diffuse pourrait altérer la connectivité intra et interhémisphérique et ainsi entraîner des perturbations dans des tâches cognitives particulièrement dépendantes des connexions à longue distance [30,31]. Cette hypothèse a été soulevée par un autre travail qui a mis en évidence un lien entre l’atrophieatrophie du corps calleuxcalleux et le degré de perturbation à des tests de transfert interhémisphériquetransfert interhémisphérique [32]. Au stade précoce de la SEP, il a été montré que le corps calleux présentait des lésions microscopiques diffuses, mesurées notamment par le TTA, en dehors de la présence de lésionslésions macroscopiques [33]. Ainsi, avant l’apparition d’une atrophieatrophie, il existerait des changements structuraux diffus représentant essentiellement une atteinte de la myélinemyéline chez les patients ayant présenté un SCI. Ces atteintes macroscopiques et microscopiques au sein de cette structure ont été corrélées aux perturbations cognitives [33].

De manière plus générale, des corrélations entre l’atteinte tissulaire de la SB d’apparence normale évaluée en imagerie de transfert d’aimantation et la présence de perturbations cognitives au stade précoce de la SEP ont été décrites dans plusieurs études [11,14,20,26,30,34,35]. De plus, il a été mis en évidence une corrélation significative entre les performances au PASATPASAT et le degré de déstructuration tissulaire diffuse de la SB et non de la SG, suggérant un impact fonctionnel déterminant du processus pathologique de la substancesubstance blanchesubstanceblanche sur le fonctionnement cognitif [34]. Le système de la mémoiremémoire de travailmémoirede travail pourrait être particulièrement sensible au processus pathologique de la SEP du fait de la déstructuration diffuse et précoce des faisceaux de SB intra et interhémisphériques. En effet, la synchronisation des activités neuronales de régions cérébrales distantes pourrait constituer un des processus fondamentaux utilisés par le cerveau pour maintenir de l’information à court terme, dans le «flux» de la conscience. La déstructuration diffuse de la myéline présente dès les premiers stades de la SEP pourrait entraîner une diminution de la vitesse de propagation de l’influx nerveux et ainsi se répercuter de manière préférentielle sur les systèmes dont le fonctionnement repose sur la synchronisation d’activation neuronale à distance [36].

Des corrélations significatives similaires ont également été rapportées entre les performances mesurées par le PASAT et le SDMTSDMT et le TTA de la SB d’apparence normale [35]. De plus, cette étude montrait que le TTA de la SB et la charge lésionnellecharge lésionnelle globale mesurée en T2 étaient des marqueurs prédictifsFacteursprédictifs des troubles attentionnels au stade précoce de la maladie.