Connexions anatomie et substance blanche du gyrus fusiforme

Dans cette étude, nous avons abordé l’anatomie sous-corticale sous-jacente de la substance blanche du gyrus fusiforme, une région du lobe temporal qui jouerait un rôle important dans les fonctions de traitement visuel spécialisées, telles que le traitement facial. À notre connaissance, aucune étude antérieure n’a décrit l’anatomie sous-corticale du gyrus fusiforme et sa pertinence pour la neurochirurgie. L’épargne de la fonction en chirurgie cérébrale dépend de la préservation des voies de substance blanche reliant les zones fonctionnelles. Nous avons ici démontré les connexions du gyrus fusiforme en utilisant l’imagerie du spectre de diffusion et confirmé ces connexions par dissection anatomique grossière.

Les rôles de la micro-dissection sont bien décrits dans une publication récente23. La première importance de la micro-dissection est la confirmation des données de tractographie, car la tractographie n’est qu’une représentation générée par ordinateur des étendues de matière blanche. L’importance d’identifier ces voies est de discuter des relations anatomiques avec les voies voisines. Un exemple en neurochirurgie serait que les masses qui affectent un tractus auraient une probabilité plus élevée d’affecter les voies voisines. En outre, les chirurgiens doivent comprendre quelles voies superficielles doivent être préservées lorsqu’ils accèdent à des parties plus profondes du cerveau. Différentes techniques émergent pour faciliter la micro-dissection telles que l’analyse d’imagerie photogrammétrice24. Cette méthode fonctionne en prenant des données d’imagerie de l’échantillon pour reconstruire la surface corticale et entre chaque étape de la dissection pour minimiser la perte de substance blanche pendant la dissection.

Pour notre dissection, nous avons choisi de suivre la méthode Klingler comme décrit précédemment. La méthode Klingler de dissection des fibres présente des forces et des faiblesses inhérentes. La résistance primaire implique une résolution améliorée des fibres lors de la dissection finale grâce à une séparation améliorée des fibres en pénétrant dans des molécules d’eau qui élargissent les espaces entre les fibres pendant la congélation. Cela facilite la dissection car les fibres sont déjà séparées des fibres adjacentes et de la matière cérébrale avant de tenter la dissection. La faiblesse de cette dissection et des dissections en général est que les fibres superficielles doivent être sacrifiées lors de la dissection de fibres plus profondes. De plus, pour cette technique, il doit exister une méthode de congélation des cerveaux à -80 ° qui peut ne pas être disponible pour certains chercheurs.

Section Résumé des résultats

Le premier faisceau principal était la connexion entre le gyrus fusiforme et le gyrus lingual. Alors que les voies controlatérales provenaient des mêmes zones du gyri lingual bilatéral, il y avait des points d’insertion légèrement différents sur le gyrus fusiforme (à gauche, l’insertion se faisait sur la partie antéromédiale du gyrus et à droite, sur la partie antérolatérale). Il y avait également des connexions entre les lobes occipitaux inférieurs (origine) et fusiformes (insertion) bilatéralement. Les points d’insertion dans le gyri fusiforme étaient identiques à ceux identifiés pour les voies entre le gyri lingual et le gyri fusiforme. Les fibres en U connectaient également des gyri adjacents entre les gyri occipitaux inférieurs et fusiformes. Il y avait aussi un tractus entre le gyrus fusiforme et le cunée qui faisait partie du fascicule occipital vertical. Le fascicule occipital vertical relie traditionnellement le gyri occipital supérieur et inférieur. La partie s’insérant dans le fusiforme fixée à la partie antéro-médiale de ce gyrus. Toutes ces connexions démontrent une forte connexion entre le lobe occipital et le gyri fusiforme, ce qui suggère que le fusiforme est impliqué dans des fonctions liées à la vision ou au traitement de l’information visuelle.

Gyrus fusiforme et perception faciale

Des études sur la fonctionnalité du gyrus fusiforme soutiennent un lien entre cette région et des processus de reconnaissance visuelle d’ordre élevé, en particulier la reconnaissance des visages3,4,5, 25. La zone du visage fusiforme (FFA), à l’intérieur du gyrus fusiforme médian droit, a été particulièrement associée au traitement facial9. La latéralité de la fonction de traitement du visage a été déterminée dans une étude combinant une électrocorticographie et une étude de stimulation cérébrale électrique réalisée par Rangarajan et al.4. Dans cette étude, les auteurs ont constaté que la stimulation du gyrus fusiforme droit pouvait produire des distorsions perceptuelles lors de la visualisation des visages. Notamment, la stimulation du fusiforme gauche a conduit à des distorsions visuelles sans rapport, y compris la distorsion des couleurs ou la production de phonèmes.

En utilisant la tractographie et les dissections, nous avons démontré que le gyrus lingual et le gyri occipital inférieur alimentent de multiples zones du gyrus fusiforme antérieur. Sur le côté gauche, ces connexions étaient situées dans le gyrus fusiforme médial, dans une zone connue sous le nom de zone visuelle ventromédiale (VMV). VMV peut jouer un rôle dans l’intégration des informations sur la couleur, la forme et la texture pour une reconnaissance holistique 5,26. Des connexions sur le côté droit se terminent dans la partie antérolatérale du gyrus fusiforme, dans la zone de face fusiforme mentionnée précédemment, une zone critique pour le traitement des caractéristiques faciales27.

Nos études de connectivité soutiennent le fait que le gyrus fusiforme peut avoir des fonctions différentes en fonction de la latéralité. Dans notre dissection de 10 cerveaux humains cadavériques, nous avons constaté que 7 cerveaux démontraient cette différence constante dans les connexions terminales fusiformes dépendantes de la latéralité. Dans un cerveau, nous n’avons pas pu déterminer la connexion terminale des deux côtés. Dans 2 autres cerveaux, nous n’avons pas pu déterminer la connexion du terminal d’un côté. Nous n’avons pas pu déterminer l’emplacement de certaines connexions terminales de connexions locales secondaires à l’incapacité de trouver le tractus fibreux ou de préserver le tractus en dissection. Les volumes des voies de la substance blanche ne différaient pas significativement entre les hémisphères droit et gauche (t = 0,56, p = 0,59). Le tableau 1 présente les données de toutes les connexions terminales anatomiquement déterminées du gyrus fusiforme.

Outre la latéralité, on pense que la perception des visages est médiée par un réseau neuronal hautement interconnecté, qui comprend un ensemble central de régions postérieures comprenant la zone de la face occipitale (OFA), la zone de la face fusiforme (FFA), le sillon temporal supérieur postérieur (PST), ainsi que des régions dites étendues comprenant le pôle temporal antérieur, l’amygdale et le cortex préfrontal ventromédial5. Lohse et coll.10 a mis en avant un modèle de réseau dans lequel « la présence ou l’absence de visages module la connectivité efficace par anticipation du cortex visuel précoce aux zones occipitotemporales », et a également déterminé que les voies d’information pour les visages, par rapport à d’autres objets, sont diminuées dans la prosopagnosie du développement. Plus précisément, ils ont trouvé une connectivité efficace inférieure du cortex visuel précoce au FFA bilatéral et au pSTS9,10 droit. Ces auteurs ont également constaté que les sujets atteints de prosopagnosie développementale, tout en ayant la même organisation globale de la matière blanche que les témoins dans le cortex temporal ventral, présentaient des propriétés atypiques similaires dans les voies liées aux régions sélectives du cortex9,10.

Le fascicule longitudinal inférieur (ILF) et le fascicule fronto–occipital inférieur (IFOF) sont décrits dans des travaux précédents28, 29,30. Son évolution occipito-temporelle en fait une fibre candidate pour le traitement des visages. Cinq sous-composants différents de l’IFOF ont été proposés sur la base du suivi de la fibre par imagerie du spectre de diffusion 30. En utilisant une combinaison de tractographie et de dissection cadavérique, nous avons pu confirmer au moins trois sous-composants différents. Les composants de l’IFOF provenant du gyrus lingual et du gyrus occipital inférieur se terminaient dans le gyrus frontal inférieur, et les composants du cuneus se terminaient dans le gyrus frontal supérieur. En ce qui concerne l’ILF, notre tractographie et notre dissection anatomique ont confirmé la présence de sous-composants de l’ILF. Semblable au Latini, nous avons pu identifier une branche occipitale cunéale, linguale et inférieure de l’ILF29. L’ILF et l’IFOF relient bon nombre des régions susmentionnées, et des études ont montré qu’elles étaient également importantes pour la perception des visages5. Les individus atteints de prosopagnosie congénitale présentent des perturbations structurelles de l’ILF bilatérale et de l’IFOF, y compris une faible anisotropie fractionnée (FA) et une diminution du volume de l’ILF droit ainsi qu’une diminution du volume de l’IFOF droit 5.

Malgré la nature hautement interconnectée de ce réseau, il existe des preuves que son arrangement n’est pas organisé selon une hiérarchie sérielle stricte, de sorte que les informations relatives au visage circulent du gyrus occipital inférieur (IOG) vers les régions suivantes. Une étude, impliquant la résection de la totalité des faces IOG ainsi que des 23,3% postérieurs des faces gyrus fusiformes postérieures, a révélé que ces régions spécifiques à la face en aval de la résection présentaient une résilience remarquable après l’opération, indiquant la possibilité d’un réseau de faces à voies multiples non hiérarchiques31. Nous prévoyons d’effectuer une analyse plus détaillée du volume des voies de l’IFOF, de l’ILF, ainsi que de leurs sous-composants, sur la base de ces résultats.

Il existe une série de fibres en forme de U entre le gyrus occipital inférieur et le gyrus fusiforme qui atteignent le niveau du lobe temporal postérieur, une découverte rapportée par les travaux de Catani et al.32. Il y a des fibres du gyrus lingual et du gyrus occipital inférieur qui alimentent le gyrus fusiforme antérieur. Les fibres du gyrus occipital inférieur correspondent à une zone connue sous le nom de LO (occipital latéral), qui reçoit les détails, le mouvement et les informations du flux dorsal et ventral pour traiter la forme des objets26. Le gyrus lingual contient des zones fonctionnelles liées au traitement visuel de base. Cela donne foi aux théories selon lesquelles le traitement facial se produit à partir d’un mécanisme de feed-forward à partir des premières zones de traitement visuel (LO, V1, V2, etc.) à la zone de la face fusiforme 33. La contiguïté de ces connexions au lobe temporal postérieur soutient également la théorie selon laquelle cette information alimente la zone temporale postérieure. Ces résultats concordent avec les résultats de Grill Spector et al. rapport concernant les connexions de la substance blanche du réseau de la face ventrale 33. Grill-Spector et al. découverte de connexions hiérarchiques à partir du gyrus occipital inférieur et des premières zones visuelles. De plus, leurs travaux mentionnent des voies verticales de substance blanche se connectant à ce réseau, ce que nous avons confirmé dans le fascicule occipital vertical (VOF). Cela peut permettre à des régions faisant partie du réseau d’attention d’être connectées au réseau de traitement du visage. Grill-Spector note également que le traitement du visage peut se produire par plusieurs voies. Nous avons noté que les fibres en forme de U vont des premières zones de traitement visuel au gyrus fusiforme antérieur. L’IFOF et l’ILF ont également été impliqués dans le traitement facial. De plus, il existe des voies spécifiques qui se nourrissent du gyrus occipital inférieur et du gyrus lingual dans le gyrus fusiforme. Ensemble, ces résultats démontrent que plusieurs voies de traitement facial peuvent exister dans le cerveau.

Les régions sélectives de la face du gyrus fusiforme ont été impliquées dans des conditions autres que la prosopagnosie. Il a été démontré que le volume de FFA était environ deux fois plus important chez les adultes diagnostiqués avec le syndrome de Williams que chez les témoins appariés à l’âge, malgré le fait que toute la région du gyrus fusiforme est plus petite dans le syndrome de Williams 34. Le syndrome de Williams est un trouble génétique du développement qui affecte plusieurs systèmes d’organes. En ce qui concerne ce travail, les personnes atteintes du syndrome de Williams ont de la difficulté à effectuer des tâches visuelles et spatiales. En règle générale, les lésions du lobe pariétal affectent la capacité d’effectuer ces tâches. Par conséquent, ce déficit fonctionnel chez les patients atteints du syndrome de Williams suggère un lien possible entre le gyrus fusiforme et les tâches visuelles-spatiales. De plus, les individus neurotypiques semblent avoir un gyrus fusiforme plus symétrique que ceux atteints de trouble du spectre de l’autisme (TSA). Une asymétrie du gyrus fusiforme vers la gauche a été démontrée le plus souvent chez les sujets TSA, tandis qu’une minorité de sujets TSA présentant des symptômes plus graves présentaient une asymétrie atypique vers la droite35. Le lien potentiel du gyrus fusiforme avec le syndrome de Williams et le TSA met en évidence le rôle de cette région dans la perception faciale et les fonctions associées.

Gyrus fusiforme et autres fonctions sensorielles

Le gyrus fusiforme n’est pas uniquement consacré au traitement du visage. Le sulcus occipitotemporal gauche et la région du gyrus fusiforme qui se trouve juste au milieu sont impliqués dans le traitement lexical, en particulier dans le calcul de la description du graphème – indépendamment de l’orientation, de l’emplacement ou de la police. La lecture de mots écrits ou de pseudowords, et la production de mots écrits ou de pseudowords pendant l’orthographe sont également médiées par ces domaines11. Les dommages au gyrus fusiforme postérieur gauche entraînent des déficiences dans le traitement visuel des hautes fréquences spatiales, y compris le traitement orthographique et non orthographique, qui se présente comme une alexie pure en plus de l’agnosie visuelle pour les objets présentés à des fréquences spatiales élevées8. Certains individus, cependant, ont présenté une alexia pure isolée après que des voies de substance blanche traversant le BA 37 médial gauche et le BA 37 droit ont été endommagées11. Ceci indique la possibilité que BA 37 médial gauche ne soit pas la seule zone spécifique à une telle description graphémique. Cette découverte peut s’expliquer par le VOF, qui a des connexions avec le gyrus fusiforme postérieur. Des dommages au VOF ont été impliqués dans la production d’une alexia pure. Nous avons effectué une analyse du volume des voies du VOF, ce qui démontre que le VOF droit et le VOF gauche présentent des différences de volume des voies (tableau 2). Cette grande variance dans le volume des voies respiratoires des patients peut démontrer des rôles fonctionnels différents du VOF pour les patients. Le VOF a déjà été décrit dans la littérature36,37. Ces études, basées sur la technologie IRM diffusion-tenseur, concluent que le VOF relie le gyrus fusiforme à des cortex d’association visuelle unimodaux. Notre tractographie et notre dissection anatomique confirment cette découverte en démontrant des connexions dans le VOF entre le gyrus fusiforme et le cuneus. De plus, nous avons démontré des connexions du VOF dans les régions occipitales latérales mentionnées précédemment. Cependant, d’autres fibres qui traversent le gyrus fusiforme, telles que l’ILF et l’IFOF, peuvent également être candidates au traitement lexical.

Le gyrus fusiforme a également été impliqué dans la synesthésie des graphèmes et des tons, dans laquelle le gyrus fusiforme postérieur gauche a augmenté le volume de matière grise, tandis que le gyrus fusiforme antérieur gauche, ainsi que le MT / V5 gauche, ont diminué le volume de matière grise38. Enfin, il est prouvé que le gyrus fusiforme démontre une sélectivité pour les corps humains, distincte des visages ou des outils6. Des études démontrent que la diminution des connexions efficaces dans le gyrus fusiforme est corrélée à un score d’erreur de taille corporelle, ce qui implique peut-être ces régions dans le développement de l’anorexie nerveuse7.

Le gyrus fusiforme est une région importante impliquée dans des tâches telles que le traitement visuel des visages et des corps humains ainsi que la perception de stimuli à hautes fréquences spatiales. Nos découvertes contribuent à la compréhension de l’anatomie de cette région. Une meilleure compréhension des relations structurelles et fonctionnelles inhérentes à cette région peut soutenir des progrès cliniques dans des domaines tels que la planification chirurgicale de la résection du gliome et la cartographie fonctionnelle des craniotomies éveillées. De plus, les résultats post-chirurgicaux liés au gyrus fusiforme peuvent être mieux compris dans le contexte de l’anatomie du faisceau de fibres mise en évidence par cette étude.