Le cerveau possède la fascinante capacité de pouvoir parfois fonctionner quasi-normalement alors même qu’il n’en reste que la moitié. Une étude réalisée par imagerie par résonance magnétique (IRM) permet de mieux en comprendre les raisons.



Souffrant d’épilepsie rebelle à tout traitement, six individus ont été traités dans leur enfance par ablation de l’hémisphère cérébral à l’origine des crises. Pour quatre d’entre eux, il s’agissait d’une hémisphérectomie fonctionnelle (amputation de grandes portions de l’hémisphère affecté avec déconnexion totale de l’hémisphère controlatéral). Les deux autres avaient subi une hémisphérectomie anatomique (ablation de la totalité de l’hémisphère). Quatre patients avaient subi l’ablation de l’hémisphère droit, alors que la moitié gauche du cerveau avait été retirée chez deux autres. Ces patients (4 femmes et 2 hommes), aujourd’hui âgés de 21 à 31 ans, avaient été opérés à l’âge de 3 mois, 4, 6, 7, 8 et 11 ans.

Epilepsie rébelle

Pour trois d’entre eux, l’intervention neurochirurgicale avait été motivée par une encéphalite de Rasmussen, maladie inflammatoire du cortex cérébral caractérisée par une épilepsie rebelle et intéressant un seul hémisphère. L’épilepsie de deux autres patients était en rapport avec un accident vasculaire cérébral périnatal. Le plus jeune sujet souffrait de dysplasie corticale, malformation cérébrale apparaissant au cours du développement.

Parue le 18 novembre 2019 dans la revue Cell Reports, cette étude a consisté à visualiser par IRM fonctionnelle* le cerveau de ces six individus hémisphérectomisés dans leur enfance. Aujourd’hui adultes, leurs capacités sensitivo-motrices et cognitives sont relativement intactes. On sait que chez de tels patients, les handicaps moteurs et visuels résultant de l’opération peuvent parfois grandement s’améliorer. De même, les capacités de langage peuvent quasiment revenir à la normale.

A quoi attribuer l’incroyable capacité de compensation des fonctions cérébrales chez ces rares patients dont l’anatomie du cerveau est si profondément modifiée ? Des chercheurs de l’Institut de technologie de Californie (Pasadena) ont cherché à répondre à cette question en utilisant l’IRM cérébrale fonctionnelle (IRMf)* à haute résolution pour analyser l’organisation de plusieurs réseaux neuronaux. Chez ces individus hémisphérectomisés, ils ont ainsi étudié le fonctionnement de leur cerveau au repos, durant une période où le sujet ne réalise aucune tâche. Une étude qui n’avait jamais été réalisée.



Evaluer la connectivité fonctionnelle

Chez ces six patients, les chercheurs ont comparé l’architecture fonctionnelle de l’hémisphère intact avec celle du cerveau d’individus sains. Un premier groupe de six sujets témoins est passé dans la même machine que les patients hémisphérectomisés. Les données de ces derniers ont également été comparées à celles d’un groupe témoin composé de 1482 individus faisant partie d’un vaste projet de recherche : le Brain Genomics Superstruct Project.

Au total, sept grands réseaux neuronaux associés aux fonctions cognitives et sensorielles ont été analysés au niveau de chaque hémisphère cérébral. Les chercheurs ont réalisé une parcellisation cérébrale, correspondant à la cartographie de l’organisation du cortex dans 200 régions par hémisphère. Ceci permet d’évaluer la connectivité avec une haute spécificité dans chaque parcelle et entre les différentes parcelles.

Dans la mesure où la plupart des réseaux neuronaux fonctionnant dans un cerveau au repos sont normalement distribués de façon bilatérale au sein des deux hémisphères, les chercheurs s’attendaient à trouver des réseaux neuronaux profondément réarrangés au sein du seul hémisphère cérébral restant.



Câblage renforcé entre réseaux neuronaux

Il en ressort que les patients hémisphérectomisés présentent, « de façon surprenante », au sein des divers réseaux neuronaux, une connectivité robuste, équivalente à celle observée chez les sujets sains.



Plus important encore, chez ces individus ayant subi l’ablation d’un hémisphère cérébral, la connectivité entre les réseaux neuronaux est renforcée (à divers niveaux) et cela concerne tous les réseaux analysés. « Cette connectivité plus forte entre les réseaux n’est pas spécifique à certains réseaux ou de certains patients. Pour chacun des sept réseaux analysés, les patients hémisphérectomisés présentent une forte connectivité anormale entre réseaux », insistent Dorit Klieman, Lynn Paul et leurs collègues de Caltech. « Cet effet est particulièrement prononcé pour les réseaux somatosensoriels, moteurs et visuels », ajoutent-ils.

En résumé, chez des sujets hémisphérectomisés, un seul hémisphère cérébral, via un câblage neuronal équivalent à celui d’une personne saine et surtout une hyperconnexion entre divers réseaux neuronaux, suffit à faire fonctionner au repos ce qui reste du cerveau, presque aussi bien que chez un individu normal.

Réorganisation et compensation

« Nos résultats soulèvent de nouvelles questions intrigantes sur les bases neurales de la cognition et de l’expérience consciente. Chez nos patients avec résection anatomique complète, il n’y a simplement plus du tout d’hémisphère controlatéral, ce qui élimine la possibilité d’une participation de réseaux bilatéraux à l’état de repos et de contributions bilatérales à l’expérience consciente », précisent les auteurs.

Il reste néanmoins à comprendre comment ces réseaux neuronaux s’organisent sur le plan fonctionnel lorsque l’on demande à un patient hémisphérectomisé de réaliser une tâche précise, donc en dehors de périodes de repos. Enfin, ces travaux permettent d’entrevoir de passionnantes perspectives de recherche sur la capacité d’un unique hémisphère à réaliser certaines tâches normalement traitées par des zones situées dans l’autre hémisphère. En d’autres termes, comment les réseaux neuronaux assurant ces fonctions latéralisées se réorganisent-ils fonctionnellement après hémisphérectomie ?

Pour l’heure, les résultats obtenus par IRM fonctionnelle montrent que le cerveau peut parfois se réorganiser jusqu’à quasiment compenser l’absence totale d’hémisphère controlatéral. L’occasion, une nouvelle fois, d’observer l’étonnante plasticité dont est capable le cerveau d’un enfant ayant subi une neurochirurgie précoce.



Marc Gozlan (Suivez-moi sur Twitter, sur Facebook)

* L’IRMf de repos étudie les fluctuations du signal BOLD (Blood-Oxygen-Level Dependent). La mise en évidence d’importantes corrélations temporelles entre les fluctuations du signal dans différentes régions cérébrales est la base de l’étude de la connectivité cérébrale au repos. Cette technique ne nécessite pas l’injection de produit de contraste car son principe repose sur le couplage neurovasculaire et l’utilisation de la désoxyhémoglobine (hémoglobine sans oxygène) comme agent de contraste endogène.

Pour en savoir plus :

Kliemann D, Adolphs R, Tyszka JM, Fischl B, Yeo BTT, Nair R, Dubois J, Paul LK. Intrinsic Functional Connectivity of the Brain in Adults with a Single Cerebral Hemisphere. Cell Rep. 2019 Nov 19;29(8):2398-2407.e4. doi: 10.1016/j.celrep.2019.10.067 h

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