Evaluation de la mise en place des réseaux du langage chez le nouveau-né prématuré : étude électro-hémodynamique par enregistrements électroencéphalographiques (EEG) et de spectroscopie proche de l'infrarouge fonctionnelle (fSPIR)

Evaluation of language network establishment in preterm neonates : An electro-hemodynamic study using electroencephalography (EEG) and functional near-infrared spectroscopy (fNIRS)

• Auteur / Autrice : Mahdi Mahmoudzadeh
• Direction : Fabrice Wallois
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie - santé. Neurosciences. Ingénierie biomédicale
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Amiens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge proche

Électroencéphalographie

Acquisition du langage

Prématurés

Résumé

Le langage est une fonction sociale essentielle chez l'homme. Le langage est-il génétiquement codé chez l’homme? Peut-on détecter des troubles du langage pendant la phase précoce du développement? Ces remarques primordiales soulèvent deux types de questions. (i) Dans quelle mesure le nouveau-né est prédisposé à apprendre le langage, et dans quelle mesure les circuits neuronaux implicites sont ''précâblés'' pour traiter les informations langagière dans les phases précoces du développement. Nous avons utilisé deux approches complémentaires pour répondre à ces questions. La première approche a été d'essayer d’identifier les corrélats neuraux des capacités de traitement du langage très tôt au cours du développement (nouveau-né prématuré), avant que l'expérience ou l’exposition au langage puisse être soupçonné d'avoir participé à une spécialisation corticale. La seconde approche se réfère à l’identification des régions spécifiques du cortex, cruciales pour le traitement des informations langagières à cette période du développement. (ii) Si nous possédons une meilleure compréhension des mécanismes à l’origine des troubles du langage dès la petite enfance, alors nous sommes dans une meilleure position pour concevoir des stratégies thérapeutiques ciblées sur des mécanismes étiologiques, plutôt que d’être obligé d’utiliser des traitements symptomatiques. Un des intérêts majeurs cliniques de cette étude est de détecter des anomalies fonctionnelles cérébrales à un stade précoce du développement pour éventuellement mieux définir une prise en charge appropriée, permettant de prévenir les processus pathologiques responsables de dysfonctionnements qui peuvent s’avérer irréversibles. Dans cette thèse, des recherches préliminaires ont été menées pour optimiser les outils d’acquisition (instrumentation et sondes optiques) qui ont ensuite été utilisés dans différents contextes expérimentaux et cliniques. Des mesures continues ont été réalisées durant le sommeil chez des nouveau-nés prématurés (28-32 semaines d’Age Gestationnel, AG) sains et présentant une hémorragie intra ventriculaire (IVH grade III et IV) à l'aide de l’imagerie fonctionnelle en spectroscopie dans le proche infrarouge (fNIRS ou fSPIR) et en conjonction avec l'électroencéphalographie (EEG). Nous avons montré que le cerveau prématuré était capable de discriminer un changement de phonèmes (ba vs ga) et un changement de voix (masculin féminin VS). La dynamique des réponses révèle un réseau structuré évoluent différemment dans le temps et l'espace (zones temporales et frontales lobes, hémisphères gauche et droit). L’HIV constitue l’une des pathologies intracrânienne les plus fréquents en période néonatale et est liée presque exclusivement à la notion de prématurité. Une faible oxygénation artérielle et un débit sanguin cérébral anormal sont censés affecter le fonctionnement normal du cerveau chez le nouveau-né. L'étude que nous avons menée avait pour but d'étudier l'impact de l’HIV sur les réponses hémodynamiques locales aux stimuli auditif. Alors que l'EEG met en évidence un réseau neuronal du langage fonctionnel, la fNIRS met en évidence des réponses hémodynamiques diminuées voire inexistantes. Ceci suggère une altération du couplage neurovasculaire en cas d’IVH. La fNIRS pourrait ainsi être une technique d'imagerie optique permettant de détecter précocement des altérations fonctionnelles de l'hémodynamique locale dans des contextes d’activations fonctionnelles. Dans la mesure où le développement cérébral, tant fonctionnel que structurel, est un processus dynamique, il est nécessaire d’étudier comment les facteurs génétiques et environnementaux interagissent pour influencer le développement des capacités langagière chez le nouveau-né. Nos résultats démontrent que certaines régions corticales, critiques pour l'acquisition et le traitement du langage, contiennent à un stade très précoce du développement des représentations linguistiques innées, spécifiques. En outre, les approches que nous avons développé pourraient permettre de réaliser des diagnostics précoces des altérations du couplage neurovasculaire qui pourraient, chez les prématurés présentant des HIV être à l’origine des troubles des apprentissages observés plus tard au cours du développement dans cette population d’enfants à risque.

Language is essential for human social live. Is language genetically established in human beings? Can we detect language impairment during the early phase of infancy? These motivating issues draw the attention on two points. (i) To what extent the neonate is predisposed to learn language, and to what extent the implicit neural circuits are “prewired” to process language input early in infancy. Two approaches to tackle these questions have been pursued. The first approach has been to try to recognize neural correlates of language processing abilities from very early in life (preterm), before experience is believed to have formed cortical specialization. The second approach refers to the question of whether there are special regions of the cortex crucial for language processing, or whether an assortment of cortical regions can support this function very early in infancy. (ii) If we have a better understanding of what causes language impairment in early infancy, we are in a better position to design treatments that target these causal mechanisms, rather than just a symptomatic therapy. One of the major clinical interests of this study is to detect functional cerebral abnormalities in an early phase with the hope that by intervening with an appropriate therapy during a certain period, the pathological process responsible for the irreversible injury can be prevented. In this thesis preliminary clinical experiences have been evaluated to allow efficient development of optical probes and related instrumentation which have then been used in several contexts. Continuous measurements during sleep were performed in healthy and Intra Ventricular Hemorrhage (IVH grade III & IV) preterm neonates (28-32 weeks GA) using functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS) in conjunction with electroencephalography (EEG). We showed that the preterm brain is able to discriminate a change of phonemes (ba vs ga) and a change of voices (male vs female). The dynamic of the responses reveals a structured network evolving differently in time and space (temporal and frontal lobes areas, left and right hemispheres). IVH is one of the most frequent intracranial impairment in the neonatal period and is observed almost exclusively as a result of prematurity. Low arterial blood oxygenation and abnormal cerebral blood flow are believed to affect the neonate brain function. The study described here aims to investigate the impact of the IVH on auditory hemodynamic responses. While EEG disclosed active language neural network, fNIRS revealed much weaker auditory hemodynamic responses, showing neurovascular coupling impairment. This suggests the capacity of the fNIRS as a new optical imaging technique to detect functional deterioration of hemodynamics, at least in preterm neonates. Due to the fact that functional and structural brain developments are dynamic processes, there is a challenge for research to investigate how genetical and social factors interact to influence the language development of human infants. These results demonstrate that particular regions of the cortex, critical for language acquisition and processing, contain innate language specific representations in early infancy. In addition, the approaches we developed provide early diagnosis of auditory neurovascular coupling impairment in IVH preterms which is known to induce learning disabilities.