Neuroimagerie de la maladie d’Alzheimer : synthèse et apport à la compréhension des mécanismes physiopathologiques

Neuroimaging in Alzheimer’s disease: a synthesis and a contribution to the understanding of physiopathological mechanisms

Inserm-EPHE-Université de Caen/Basse-Normandie, Unité U923, Laboratoire de Neuropsychologie GIP Cyceron, CHU Côte de Nacre, 14000 Caen, France

Auteur correspondant : Francis Eustache, neuropsycho@chu-caen.fr

Reçu : 15 Janvier 2010

Résumé

Les méthodes de neuroimagerie ont, depuis une dizaine d’années, permis une cartographie des altérations macroscopiques caractérisant la maladie d’Alzheimer : d’un côté l’atrophie de la substance grise, mesurée avec l’imagerie par résonance magnétique (IRM) anatomique, prédomine au sein du lobe temporal interne avant de s’étendre au néocortex temporal puis aux autres régions néocorticales ; d’un autre côté les altérations métaboliques, mesurées avec la tomographie par émission de positons couplée au fluorodésoxyglucose (TEP-¹⁸FDG), concernent en premier lieu le cortex cingulaire postérieur puis la région temporo-pariétale et les régions préfrontales surtout médianes. L’étude de l’intégrité des faisceaux de la substance blanche avec l’imagerie du tenseur de diffusion (DTI) a souligné une diversité d’altérations concernant notamment le cingulum, un faisceau de substance blanche reliant le lobe temporal interne au cortex cingulaire postérieur. Enfin les études d’activation en IRM fonctionnelle ont permis de mettre en évidence des mécanismes compensatoires chez les patients atteints de maladie d’Alzheimer. Dans l’ensemble, ces travaux ont mené au postulat de l’existence de deux mécanismes physiopathologiques majeurs dans la maladie d’Alzheimer : d’une part une compensation fonctionnelle et d’autre part une disconnexion. Nos travaux ont largement contribué à étayer cette hypothèse de disconnexion grâce à une double approche, transversale et longitudinale, de neuroimagerie multimodale. Ils soulignent ainsi l’importance des interactions à distance sur les mécanismes locaux dans la physiopathologie de la maladie d’Alzheimer et offrent d’intéressantes perspectives quant aux conséquences sur le plan cognitif de ces mécanismes dedisconnexion.

Abstract

Alzheimer’s disease has become a major public health issue for occidental societies. Since animal models of Alzheimer’s disease currently fail to perfectly mimic pathophysiological mechanisms or the manifestations of the disease, in vivo neuroimaging has a key role in better understanding the pathophysiology of Alzheimer’s disease. The diversity of anatomical and functional neuroimaging techniques – anatomical (T1-MRI), functional (fMRI) and diffusion tensor imaging (DTI) via magnetic resonance imaging (MRI) as well as positon emission tomography coupled to fluorodeoxyglucose (¹⁸FDG-PET) – offers a large possibility of investigation of brain alterations in Alzheimer’s disease. These techniques have thus provided morphological and functional brain alterations mapping of Alzheimer’s disease: on one hand grey matter atrophy first concerns the medial temporal lobe before extending to the temporal neocortex and then other neocortical areas; on the other hand, metabolic alterations are first located within the posterior cingulate cortex and then reach the temporo-parietal area as well as the prefrontal cortex, especially in its medial part. Assessments of white matter alterations with DTI have highlighted a variety of tract alterations including the cingulum bundle, a white matter tract connecting the medial temporal lobe to the posterior cingulate cortex. Finally fMRI activation studies have evidenced compensatory mechanisms through hyperactivations in Alzheimer’s disease patients. Altogether these results have led to the hypothesis of two major pathophysiological mechanisms in Alzheimer’s disease: on one hand compensatory mechanisms in regions where atrophy exceeds metabolic alterations, on the other disconnection between medial temporal lobe and posterior cingulate cortex through the cingulum bundle, accounting for higher metabolic than structural alterations in the posterior cingulate cortex. Our work has extensively contributed to this disconnection hypothesis thanks to the use of cross-sectional and longitudinal multi-modal neuroimaging approaches. It has underlined the relevance of distant over local mechanisms in the pathophysiology of Alzheimer’s disease and offers new perspectives to the exploration of the neural bases of cognitive impairments in this disorder.