Cours 5 - Connectivité fonctionnelle

Question 1

Objectifs du cours

Answer 1

• Comprendre la définition de la connectivité fonctionnelle.
• Comprendre la notion de carte de connectivité.
• Comprendre la notion de réseau fonctionnel.
• Connaître les principaux réseaux au repos.

Question 2

Ségrégation fonctionnelle

Answer 2

• À quel point certaines régions cérébrales sont engagées spécifiquement par une certaine catégorie de processus cognitifs.
  -> Spécialisation fonctionnelle

Question 3

Intégration fonctionnelle

Answer 3

où différentes régions du cerveau interagissent ensemble pour effectuer une tâche.

Question 4

Intégration et connectivité fonctionnelle

Answer 4

Cette notion d’intégration amène à concevoir le cerveau comme un réseau entre régions du cerveau.

Question 5

1) Connectivité fonctionnelle

Answer 5

• Un terme relativement générique utilisé pour décrire une mesure des dépendances spatiales de l’activité cérébrale
  -> La technique la plus simple pour mener ce genre d’analyse est d’extraire les décours temporels de deux régions, et d’en déterminer la corrélation

Question 6

Corrélation proche de 1 - Connectivité fonctionnelle

Answer 6

les deux régions sont impliquées dans des processus cognitifs similaires

Question 7

Corrélation proche de 0 - Connectivité fonctionnelle

Answer 7

les processus cognitifs sont indépendants

Question 8

Corrélation proche de -1 - Connectivité fonctionnelle

Answer 8

les processus cognitifs sont mutuellement exclusifs

Question 9

Exemple de la figure - Connectivité fonctionnelle

Answer 9

Les régions M1 droit et M1 gauche ont une forte connectivité fonctionnelle entre elles (r=0,81), et une connectivité fonctionnelle modérée avec la région cingulaire postérieur (r=0,41 et 0,35).

Question 10

Mesure de corrélation

Answer 10

• Corrélation entre deux séries temporelles est une mesure qui varie entre -1 et 1.

Question 11

Vrai ou faux. Si les deux séries sont identiques, la corrélation est de 0.

Answer 11

Faux. Si les deux séries sont identiques (à leur moyenne et variance près), la corrélation est de 1.

Question 12

Vrai ou faux. Si les deux séries sont statistiquement indépendantes, la corrélation est proche de zéro.

Answer 12

VRAI!

Question 13

Vrai ou faux. Si les deux séries sont identiques, la corrélation est de -1.

Answer 13

Si les deux séries sont miroirs l’une de l’autre, la corrélation est de -1.

Question 14

2) Carte de connectivité fonctionnelle

Answer 14

Au lieu de regarder la connectivité fonctionnelle entre deux régions, on va comparer l’activité d’une région cible avec l’ensemble des voxels dans le cerveau.

Question 15

Ex. carte de connectivité fonctionnelle

Answer 15

• Cortex sensorimoteur primaire droit -> Cette région cible avait été obtenue avec une carte d’activation et une tâche motrice

Question 16

Biswal et al. - Carte de connectivité fonctionnelle au repos

Answer 16

• Observer les fluctuations BOLD dans une condition de repos, en l’absence de tâche expérimentale.
  -> réseau sensorimoteur

Question 17

Carte de connectivité fonctionnelle et réseau moteur

Answer 17

Cette carte révèle un ensemble distribué de régions, qui comprend le cortex sensorimoteur gauche, mais aussi l’aire motrice supplémentaire, le cortex prémoteur et d’autres régions du cerveau connues pour leur implication dans le réseau moteur.

Question 18

Septicisme de l’étude de Biswal

Answer 18

Ces patrons d’activité fonctionnelle corrélée auraient pu refléter du bruit cardiaque ou respiratoire.

Question 19

Autre observation clé de Biswal et collègues

Answer 19

• Signal BOLD au repos est dominé par des fluctuations lentes, avec des bouffées d’activité d’une durée de 20 à 30 secondes
  -> Fréquences inférieures à 0.08 Hz, et même 0.03-0.05 Hz.

Question 20

Travail de Shmuel et collèges

Answer 20

• L’activité BOLD au repos corrèle aux fluctuations spontanées d’activité neuronales dans le cortex visuel d’un macaque anesthésié, ce qui démontre que la connectivité fonctionnelle reflète au moins partiellement la synchronie de l’activité neuronale, et pas simplement du bruit physiologique (cardiaque, respiration).

Question 21

Bases physiologiques de l’activité spontanée

Answer 21

Corrélation entre les signaux neuronaux (bande 1-2500 Hz) et les fluctuations BOLD spontanées au sein du cortex visuel en fonction du décalage temporel (7 expériences et 5 singes).

Question 22

3) Réseau du mode par défaut

Answer 22

Identifier d’autres réseaux en utilisant des régions cibles différentes

Question 23

Étude de Greicius et collaborateurs - Connectivité fonctionnelle et réseau du mode par défaut

Answer 23

Ça a déclenché un énorme intérêt pour les cartes de connectivité au repos en utilisant une région cible dans le cortex cingulaire postérieur (PCC) pour identifier un réseau fonctionnel qui n’avait pas encore été identifié: le réseau du mode par défaut

Question 24

Variabilité intra- et inter-individuelle

Answer 24

les cartes de connectivité varient beaucoup au cours du temps, c’est-à-dire en regardant différentes fenêtres d’activité pour un même individu, et également entre individus.

Question 25

Déactivations - Éxpérience

Answer 25

Le réseau du mode par défaut a d’abord été découvert au travers d’études par activation combinent 9 études PET qui utilisent la même condition de contrôle de “repos” (consistant à regarder des stimuli visuels de manière passive).

Question 26

Déactivations - Résultats

Answer 26

• Un ensemble de régions sont systématiquement plus impliquées au repos que durant des des tâches variées mais cognitivement demandantes.
  -> Ces régions impliquent notamment notamment le cortex cingulaire postérieur (PCC).

Question 27

Déactivations - Hypothèse du mode par défaut

Answer 27

L’hypothèse du mode par défaut” stipule qu’il existe un certain nombre de processus cognitifs d’introspection qui seraient systématiquement présents dans un état de repos, et il existerait un réseau fonctionnel qui soutiendrait cette activité “par défaut”.

Question 28

Vrai ou faux. Les cartes de connectivité au repos en IRMf avec une région cible dans le PCC n’identifient pas le réseau du mode par défaut.

Answer 28

Faux. Les cartes de connectivité au repos en IRMf avec une région cible dans le PCC identifient également le réseau du mode par défaut.

Question 29

Vrai ou faux. Le réseau du mode par défaut n’est pas le seul que l’on puisse identifier au repos.

Answer 29

VRAI!
-> Réseau sensorimoteur identifié par Biswal
-> Réseau attentionnel dorsal (DAN): tâche cognitivement demandante en IRMf.

Question 30

Fox et collègues - Réseau du mode par défaut

Answer 30

• Corrélation négative entre le DAN et le réseau du mode par défaut.

Question 31

Conclusion de l’étude de Fox et al.

Answer 31

Cette analyse renforce la notion de transitions spontanées entre un état mental dirigé vers les stimuli extérieurs, et un état introspectif, reflétant la compétition entre deux réseaux distribués.

Question 32

Controverses sur la régression du signal global

Answer 32

• Certains chercheurs pensent que les connexions négatives sont un artefact lié à cette étape de prétraitement.
  -> Malgré tout, les corrélations négatives peuvent être observées de manière robuste pour les sujets qui bougent très peu, et dont le signal est donc particulièrement propre. Leur amplitude est cependant faible en l’absence de régression du signal global.

Question 33

Vrai ou faux. Les réseaux au repos peuvent être observés même en présence d’une tâche.

Answer 33

Vrai!

Question 34

Activité intrinsèque vs extrinsèque

Answer 34

• L’activité extrinsèque est l’activité évoquée par une tâche, et reflète la manière dont l’environnement influence l’activité cérébrale.
• L’activité intrinsèque désigne l’activité cérébrale qui émerge spontanément, et est indépendante des stimuli extérieurs.

Question 35

Vrai ou faux. Les deux types d’activité ne sont pas présentes, et ne peuvent pas interagir l’une avec l’autre.

Answer 35

Vrai. Les deux types d’activité sont toujours présentes, et peuvent interagir l’une avec l’autre.

Question 36

4) Connectomes et réseaux

Answer 36

• Parcellisation fonctionnelle du cerveau
• Matrice où chaque élément représente la corrélation entre l’activité de deux parcelles.

Question 37

Carreaux diagonaux - Matrice connectome

Answer 37

ce sont des groupes de régions dont l’activité corrèlent fortement entre elles, et peu avec le reste du cerveau.

Question 38

Réseaux fonctionnels - Connectome

Answer 38

détecter automatiquement ces groupes de parcelles (parcellisation -> réseaux)

Question 39

Réseau fonctionnel - définition

Answer 39

Lorsqu’on utilise une carte de connectivité, le réseau fonctionnel est l’ensemble des régions qui apparaissent dans la carte, et qui sont donc connectées à notre région cible.

Question 40

Vrai ou faux. Ce réseau fonctionnel (carte de connectivité) ne dépend pas de la région cible.

Answer 40

VRAI! Ce réseau fonctionnel (carte de connectivité) ne dépend pas de la région cible.

Question 41

Connectome fonctionnel

Answer 41

Introduire de regarder la connectivité de toutes les paires de régions en même temps

Question 42

Clustering

Answer 42

Identifier des groupes de régions cérébrales qui sont fortement connectées les unes aux autres, et peu connectées au reste du cerveau.

Question 43

Vrai ou faux. “Identifier des groupes de régions cérébrales qui sont fortement connectées les unes aux autres, et peu connectées au reste du cerveau” la définition la plus courante d’un réseau fonctionnel

Answer 43

VRAI. On découpe le cerveau en réseaux, de manière automatique et guidée par les données

Question 44

Connectome fonctionnel - Matrice et sa disposition

Answer 44

• Un connectome fonctionnel est une matrice qui représente toutes les connexions (fonctionnelles) du cerveau
• Chaque ligne et chaque colonne représente une région du cerveau.
• Les valeurs r que l’on retrouve dans la matrice correspondent à la corrélation de l’activité temporelle des régions.

Question 45

Étapes pour faire une matrice du connectome

Answer 45

Pour générer un connectome, on commence donc par:
1. Sélectionner une parcellisation cérébrale en régions
2. On calcule la corrélation de l’activité temporelle pour toutes les paires de parcelles dans le cerveau.

Question 46

Atlas de réseaux

Answer 46

• Identifient sept grands réseaux: Certains de ces réseaux ont déjà été discutés dans ce chapitre: mode par défaut, attentionnel dorsal, sensorimoteur.
• Deux autres réseaux associatifs: le frontopariétal et l’attentionnel ventral.
• un réseau visuel, et un réseau mésolimbique impliquant le pôle temporal et le cortex orbitofrontal.

Question 47

Vrai ou faux. Il n’y a pas un nombre exact de réseaux cérébraux, mais plutôt une hiérarchie de réseaux plus ou moins spécialisés.

Answer 47

VRAI!

Question 48

Connectivité fonctionnelle

Answer 48

• Corrélation entre l’activité de 2 régions (ou voxels)du cerveau

Question 49

Carte de connectivité fonctionnelle

Answer 49

Connectivité entre une région cible et le reste du cerveau.

Question 50

Réseau fonctionnel

Answer 50

• Activité spontanée -> Forte connectivité fonctionnelle intra-réseau et faible connectivité avec le reste du cerveau.
  -> Réseaux au repos existent!