Connectivité fonctionnelle des réseaux langagiers chez les nourrissons avec cardiopathie congénitale complexe : données préliminaires d’imagerie au repos

Fourdain S,1, 2 Vannasing P,1 Martel K,1,2 Caron-Desrochers L,1,2 Goulet J,1,2 Tremblay J,1 & Gallagher A1, 2

1 Laboratoire d’imagerie optique en neurodéveloppement (LION), Centre de Recherche du CHU Sainte-Justine ; 2 Centre de recherche en neuropsychologie et cognition (CERNEC), Département de Psychologie, Université de Montréal

IntroductionConnectivité fonctionnelle au repos (rs-fc) :

• Similarité/corrélation du signal hémodynamique dans des régions spatialement distinctes 1

Participants

Résultats

Discussion

Références1 Cohen et al. Defining functional areas in individual human brains using resting functional connectivity MRI. NeuroImage. 2008;41(1):45–57.2 Zhang et al. Detecting resting-state functional connectivity in the language system using functional near-infrared spectroscopy. Journal of biomedical optics. 2014;15(4):47003.3 Koyama et al. Resting-State Functional Connectivity Indexes Reading Competence in Children and Adults. J Neurosci. 2011;31(23):8617–8624.4 Molavi et al. Analyzing the resting state functional connectivity in the human language system using near infrared spectroscopy. Frontiers in human neuroscience. 2014;7:921.5 Homae et al.. Large-scale brain networks underlying language acquisition in early infancy. Frontiers in Psychology. 2011; 2, 1-14.6 Rowlands et al. Language at rest: A longitudinal study of intrinsic functional connectivity in preterm children. NeuroImage: Clinical. 2016.7 Fuchino, et al. Effects of Preterm Birth on Intrinsic Fluctuations in Neonatal Cerebral Activity Examined Using Optical Imaging. PLoS ONE. 2013; 8(6), 2–9. 8 Barre et al. Language abilities in children who were very preterm and/or very low birth weith: a meta-analysis. Journal of Pediatrics. 2011; 158(5), 766-774.9 Limperopoulos et al. Predictors of developmental disabilities after open heart surgery in young children with congenital heart defects. J Pediatr. 2002;141: 51-58. 10 Majnemer et al. Developmental and Functional Outcome at Scholl Entry in Children with Congenital Heart Disease. J Pediatr. 2008;153, 55-60. 11 Acton et al. Overestimating Neurodevelopment Using the Bayley-III After Early Complex Cardiac Surgery. Pediatr. 2011;128:e794–e800 12 Bullmore E, Sporns O. The economy of brain network organization. Nat Rev Neurosci. 2012;13(5):336–349.13 Vakorin et al. Variability of brain signals processed locally transforms into higher connectivity with brain development. J neurosci : official j Society Neurosci. 2011;31(17):6405–6413.14 Bellec, P., Rosa-Neto, P., Lyttelton, O. C., Benali, H., & Evans, A. C. (2010). Multi-level bootstrap analysis of stable clusters in resting-state fMRI. NeuroImage, 51(3), 1126–1139.15 Tremblay et al. SPM toolbox to analyse and visualise fNIRS data (NIRSHSJ) fNIRS, 2014

Nourrissons en santé (n = 19)Mage = 4,33 mois ; SD = 0,32 a

Nourrissons avec CC complexe (n = 9)Mage = 4,62 mois ; SD = 0.42 a

MageChir = 17,44 jours ; SD = 24,15MSIP = 10,5 jours ; SD = 7,35Mhosp = 27,89 jours ; SD = 16,40Dx : TGV (6) , dTGV (1), ToF (1), tronc commun (1)

Critères d’inclusion• Aucun historique maternel de trouble

psychiatrique, hormonal et de prise de psychotropes durant la grossesse

• Naissance à terme (> 37 SA)• Langue maternelle française

Procédure NIRS

Traitement de données

Montage couvrant entre autres les régions frontales (F3/4), frontotemporales (F7/8), temporales (T3/4) et temporales postérieures(T5/6)• 42 sources à 690 et 830 nm• 8 détecteurs

Oxymètre tissulaire (ISS)• Fréquence

d’échantillon-nage 20 Hz

12 minutes d’acquisition au repos durant le sommeil 4,5

v v

1.

2.

3.

• Inspection visuelle du signal brut (Homer)• Segmentation en blocs de 50 sec avec bon rapport signal-

bruit (5 sec de baseline et 45 sec de données brutes) 14

Analyses

Correspondance : solene.fourdain@umontreal.ca et anne.gallagher@umontreal.ca

a Différence d’âge non significative

Segmentation du montage en 4 régions d’intérêt :

Analyses corrélationnelles :• Corrélations de Pearson (r) sur le signal temporel HbO pour chaque 153 paires de régions (2 x 54

comparaisons ipsilatérales et 45 controlatérales)• Transformation z de Fisher afin d’améliorer la normalité des coefficients (z r)• Corrélation seed-based avec Broca comme seed pour visualiser les résultats topographiques• Corrélation de Pearson entre les facteurs cliniques et démographiques et les valeurs z r

Analyses statistiques :• Analyse de variance (ANOVA) à plan mixte sur les coefficients z r : Groupe * (Hémisphère * Région)

incluant les régions Broca, Tm, Tp et Wernicke• ANOVA à un facteur Groupe sur les coefficients z r dans les régions homotopiques• Comparaisons appariées avec ajustement de Bonferroni pour explorer les effets significatifs

• Identification de l’altération des réseaux du langage chez les enfants de 4 mois avec CC complexe en rs-fc NIRS - Patrons altérés de rs-fc dans les aires langagières comparativement aux contrôles- Connectivité plus faible dans l’hémisphère gauche- Aucune différence de connectivité intrahémisphérique entre les enfants contrôles et avec CC

dans l’hémisphère droit

• Bien que non significatives, différences de connectivité entre les enfants contrôles et avec CC complexe plus importantes dans l’hémisphère gauche⟶ Plus faible implication de l’hémisphère gauche chez les enfants avec CC complexe⟶ rs-fc plus faible dans les aires de Broca et de Wernicke pourrait constituer un prédicteur

de difficultés dans l’acquisition du langage

• Prochaines étapes : - Continuer l’acquisition de données - Étendre l’exploration en rs-fc NIRS chez les nourrissons avec CC à l’ensemble des réseaux

cérébraux - Investiguer les différences potentielles de rs-fc entre enfants contrôles et avec CC dans les

régions éloignées , marqueur de l’efficacité et de la maturité des réseaux 5, 12, 13

- Explorer l’association de l’hypoconnectivité avec de plus faibles habiletés cognitives et langagières chez les enfants avec CC complexe

• Normalisation de la densité optique sur la base du baseline de chaque bloc (SPM NIRSHSJ) 15

• Détection automatique des variations brusques de l’amplitude du signal (± 8 % variation) et rejet des canaux artéfactés

• Filtre passe bas avec fréquence de coupure à 0,2 Hz• Transformation du signal en concentration de HbO et HbR

avec la loi modifiée de Beer-Lambert

• Exclusion des blocs dont le signal HbO et HbR > 3 SD (Homer)

• Tendance à l’interaction entre les effets du Groupe et de l’Hémisphère (F[2, 388]) = 3,689 ; p = 0,066)• Plus faible connectivité dans l’hémisphère gauche chez les enfants avec CC comparativement aux

contrôles (p = 0,057)

rsfc des réseaux langagiers en NIRS chez l’adulte 2

• Identification des réseaux langagiers chez l’enfant et l’adulte 2, 3, 4

• Prometteur pour étudier le développement langagier chez les enfants préverbaux ou avec difficultés cognitives ou langagières 5

Rs-fc chez l’enfant :

• Connexions entre les aires frontale postérieure et temporale 4,5

• Réseaux langagiers fonctionnels dès la naissance et précurseurs de l’acquisition du langage 5

Populations cliniques (prématurés et avec CC) :

• Particulièrement à risque de retards langagiers 8, 9, 10

• rs-fc altérée dans les aires langagières chez les prématurés 6, 7 et associée avec de plus faibles performances cognitives et langagières 6

rsfc des réseaux langagiers en NIRS à la naissance 4

Broca Temporomédiane Temporopostérieure Wernicke

HémisphèresDroitGauche

zr F

ishe

r

,90

,80

,70

,60

,50

,40

Différence de connectivité entre les hémisphères droit et gauche

CHDContrôles

Groupes

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• Interaction non significative entre les effets du Groupe, de la Région et de l’Hémisphère

• Aucune différence de connectivité dans les régions homotopiques entre les contrôles et les enfants avec CC

• Effet significatif de la Région sur les valeurs de connectivité (F[1, 341] = 16,637 ; p = 0,001 ; Ƞ2 = 0,39)

• Corrélation significative entre le séjour aux SIP et la rs-fc entre Broca et Temporopostérieure gauche (r = 0,713 ; p = 0,047)

⟶ Objectif : Investiguer les réseaux fonctionnels langagiers chez les nourrissons de 4 mois avec cardiopathie congénitale (CC) complexe à l’aide de la rs-fc NIRS

⟶ Hypothèse : Les nourrissons avec CC présenteront des patrons altérés de rs-fc dans les aires langagières comparativement aux contrôles