Après l’ablation de la cataracte, certaines des voies visuelles du cerveau semblent être plus malléables qu’on ne le pensait auparavant. —

Des travaux récents du professeur du MIT Pawan Sinha ont montré que le tableau est plus nuancé que cela. Dans de nombreuses études sur des enfants en Inde qui ont subi une intervention chirurgicale pour enlever des cataractes congénitales au-delà de l’âge de 7 ans, il a découvert que les enfants plus âgés peuvent apprendre des tâches visuelles telles que la reconnaissance des visages, la distinction des objets d’un arrière-plan et le discernement des mouvements.

Dans une nouvelle étude, Sinha et ses collègues ont maintenant découvert des changements anatomiques qui se produisent dans le cerveau de ces patients une fois leur vue restaurée. Ces changements, observés dans la structure et l’organisation de la substance blanche du cerveau, semblent sous-tendre certaines des améliorations visuelles que les chercheurs ont également observées chez ces patients.

Les résultats soutiennent en outre l’idée que la fenêtre de plasticité cérébrale, pour au moins certaines tâches visuelles, s’étend beaucoup plus loin qu’on ne le pensait auparavant.

“Compte tenu du niveau remarquable de remodelage de la structure cérébrale que nous observons, cela renforce le point que nous avons essayé de faire valoir avec nos résultats comportementaux, à savoir que tous les enfants devraient recevoir un traitement”, déclare Pawan Sinha, professeur de neurosciences au MIT. et sciences cognitives et l’un des auteurs de l’étude.

Bas Rokers, professeur agrégé et directeur du Neuroimaging Center de l’Université de New York à Abu Dhabi, est l’auteur principal de l’étude, qui paraît cette semaine dans le Actes de l’Académie nationale des sciences. Les principaux auteurs de l’article sont Caterina Pedersini, post-doctorante à l’Université de New York d’Abu Dhabi ; Nathaniel Miller, qui étudie la médecine à la faculté de médecine de l’Université du Minnesota ; et Tapan Gandhi, un ancien post-doctorant au Sinha Lab qui est maintenant professeur agrégé à l’Indian Institute of Technology. Sharon Gilad-Gutnick, chercheur au MIT, et Vidur Mahajan, directeur du Centre de recherche avancée sur l’imagerie, les neurosciences et la génomique, sont également les auteurs de l’article.

Plasticité de la matière blanche

Dans les pays développés comme les États-Unis, les nourrissons nés avec des cataractes sont traités dans les quelques semaines suivant la naissance. Cependant, dans les pays en développement comme l’Inde, un pourcentage plus élevé de ces cas ne sont pas traités.

Il y a près de 20 ans, Sinha a lancé une initiative appelée Project Prakash, avec pour mission d’offrir un traitement médical aux enfants aveugles et malvoyants en Inde. Chaque année, le projet dépiste des milliers d’enfants, dont beaucoup reçoivent des lunettes ou des interventions plus avancées telles que l’ablation chirurgicale de la cataracte. Certains de ces enfants, avec la permission de leur famille, participent également à des études sur la façon dont le système visuel du cerveau réagit après le rétablissement de la vue.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont voulu explorer s’ils pouvaient détecter des changements anatomiques dans le cerveau qui pourraient être en corrélation avec les changements de comportement qu’ils ont déjà observés chez les enfants qui ont reçu un traitement. Ils ont scanné 19 participants, âgés de 7 à 17 ans, à plusieurs moments après avoir subi une intervention chirurgicale pour enlever les cataractes congénitales.

Pour analyser les changements anatomiques dans le cerveau, les chercheurs ont utilisé un type spécialisé d’imagerie par résonance magnétique appelée imagerie du tenseur de diffusion. Ce type d’imagerie peut révéler des changements dans l’organisation de la substance blanche – des faisceaux de fibres nerveuses qui relient différentes régions du cerveau.

L’imagerie du tenseur de diffusion, qui suit le mouvement des noyaux d’hydrogène dans les molécules d’eau, produit deux mesures : la diffusivité moyenne, une mesure de la liberté de mouvement des molécules d’eau, et l’anisotropie fractionnelle, qui révèle la mesure dans laquelle l’eau est forcée de se déplacer dans une direction. sur un autre.

Une augmentation de l’anisotropie fractionnelle suggère que les molécules d’eau sont plus contraintes car les fibres nerveuses de la substance blanche sont orientées dans une direction particulière.

“Si vous constatez une augmentation de l’anisotropie fractionnaire et une diminution de la diffusivité moyenne, vous pouvez en déduire que ce qui se passe, c’est que les fibres nerveuses augmentent en volume et qu’elles s’organisent davantage en termes d’alignement”, explique Sinha. “Lorsque nous regardons la matière blanche du cerveau, nous voyons précisément ces types de changements dans certains des faisceaux de matière blanche.”

Les chercheurs ont observé ces changements spécifiquement dans les voies de la substance blanche qui font partie des étapes ultérieures du système visuel, qui serait impliqué dans des fonctions d’ordre supérieur telles que la perception du visage. Ces améliorations se sont produites progressivement sur plusieurs mois après la chirurgie.

“Vous voyez des changements anatomiques dans la substance blanche, mais dans des études séparées utilisant la neuroimagerie fonctionnelle, vous voyez également une spécialisation croissante, en fonction de l’expérience visuelle, similaire à ce qui se passe dans le développement typique”, explique Gilad-Gutnick.

Les chercheurs ont également testé les performances des participants sur une variété de tâches visuelles et ont constaté que leur capacité à distinguer les visages des autres objets était corrélée avec la quantité de changement structurel dans les voies de la substance blanche associée à la fonction visuelle d’ordre supérieur.

En comparaison, alors que les enfants traités ont montré quelques améliorations de l’acuité visuelle – la capacité de voir clairement les détails des objets à distance – leur acuité n’a jamais complètement récupéré, et ils n’ont montré que des changements minimes dans l’organisation de la matière blanche des voies visuelles précoces. .

“La notion que la plasticité est une ressource limitée dans le temps et qu’au-delà d’une certaine fenêtre, nous ne pouvons pas nous attendre à beaucoup d’amélioration, cela semble être vrai pour les fonctions visuelles de bas niveau comme l’acuité”, déclare Sinha. “Mais lorsque nous parlons d’une compétence visuelle d’ordre supérieur, comme distinguer un visage d’un non-visage, nous constatons des améliorations comportementales au fil du temps, et nous constatons également qu’il existe une corrélation entre l’amélioration que nous constatons sur le plan comportemental et les changements que nous voyons anatomiquement.”

Avantages du traitement

Les chercheurs ont également découvert que les enfants dont la cataracte avait été enlevée à un plus jeune âge présentaient des gains de capacité de perception du visage plus importants et plus rapides que les enfants plus âgés. Cependant, tous les enfants ont montré au moins une certaine amélioration de cette compétence, ainsi que des changements dans la structure de la substance blanche.

Les résultats suggèrent que les enfants plus âgés peuvent bénéficier de ce type de chirurgie et offrent une preuve supplémentaire qu’il devrait leur être proposé, dit Sinha.

“Si le cerveau a de telles capacités exceptionnelles à se reconfigurer et même à changer sa structure, alors nous devons vraiment capitaliser sur cette plasticité et fournir aux enfants un traitement, quel que soit leur âge”, dit-il.

Le laboratoire de Sinha analyse actuellement des données d’imagerie supplémentaires provenant de patients du projet Prakash. Dans une étude, les chercheurs étudient si les patients présentent des changements dans l’épaisseur de leur matière grise, en particulier dans les zones de traitement sensoriel du cerveau, après le traitement. Les chercheurs utilisent également l’IRM fonctionnelle pour essayer de localiser les fonctions visuelles telles que la perception du visage, pour voir si elles surviennent dans les mêmes parties du cerveau que chez les personnes nées avec une vue normale.

La recherche a été financée par le National Eye Institute.