Ce travail fait figure de pionnier : les études voisines portent sur les connexions de la substance blanche, l'encodage des images visuelles ou les cartes du cerveau selon l'âge, mais aucune ne relie la pupillométrie aux systèmes neurochimiques tout au long de la vie. La pupillométrie est depuis longtemps prisée comme outil accessible pour évaluer l'activité du locus cœruleus, premier site d'accumulation de la protéine tau dans la maladie d'Alzheimer. Or, le lien entre la pupille et le locus cœruleus est instable et dépend du contexte, et les modifications liées à l'âge dans la périphérie de la pupille peuvent masquer ce lien. Il fallait donc caractériser solidement la dynamique pupillaire et ses associations avec les systèmes neuromédiateurs chez des adultes d'âges variés.
89 participants de 19 à 78 ans ont réalisé une tâche de détection de stimuli rares dans un scanner IRM, pendant qu'une caméra infrarouge à 1000 Hz enregistrait le diamètre de la pupille. L'activité cérébrale était mesurée par IRMf multi-écho avec une résolution de 2 mm. Le locus cœruleus a été localisé de deux façons : par un algorithme bayésien et par tracé manuel. Ensuite, des cartes de corrélation ont été construites entre les séries temporelles de la pupille et le signal BOLD dans chaque voxel, puis ces cartes ont été comparées à 19 cartes TEP de densité des récepteurs et des transporteurs de neuf systèmes neuromédiateurs.
Les variations rapides de la pupille (sa dérivée) étaient corrélées à l'activité de vastes régions du cortex, du cervelet et du tronc cérébral, et cette carte était positivement corrélée à la densité du transporteur de la noradrénaline (NET). La taille absolue de la pupille, une fois retirée la contribution des variations, était corrélée à la densité des récepteurs mu-opioïdes et cannabinoïdes CB1. Le lien entre les variations pupillaires et le cerveau était plus faible chez les personnes âgées : le nombre de voxels significatifs diminuait avec l'âge, et la corrélation avec le NET s'atténuait. En revanche, le lien entre la taille de la pupille et les récepteurs opioïdes et cannabinoïdes ne changeait pas avec l'âge.
Ce travail se distingue des études voisines en séparant pour la première fois le signal pupillaire en deux composantes indépendantes, la taille et la variation, et en reliant chacune à des systèmes neurochimiques différents. Les travaux voisins étudient les aspects structurels ou cognitifs du vieillissement, mais n'utilisent pas la pupille comme pont vers les neuromodulateurs. C'est la première vérification de l'hypothèse selon laquelle les variations rapides de la pupille reflètent la noradrénaline, et non le système cholinergique, sur un échantillon d'adultes couvrant toute la durée de vie.
Le sujet pourrait évoluer vers des études longitudinales, où la pupillométrie serait combinée à une TEP du transporteur de la noradrénaline chez les personnes âgées, afin de vérifier si l'affaiblissement du lien traduit réellement une dégradation du locus cœruleus. L'étude des systèmes opioïde et cannabinoïde comme modulateurs de la taille tonique de la pupille dans des populations cliniques est également prometteuse.
Ces résultats auront un impact sur la neuroimagerie du vieillissement, la pupillométrie clinique et la mise au point de marqueurs non invasifs de la maladie d'Alzheimer.
Mener une étude TEP du NET chez les personnes âgées et la comparer à la pupillométrie. Élaborer des protocoles qui distinguent la contribution de la noradrénaline de celle du système opioïde dans la dynamique pupillaire.
Ce travail relie la pupillométrie à un problème fondamental de la neurobiologie du vieillissement : comment la neuromodulation évolue-t-elle avec l'âge, et peut-on la mesurer de façon non invasive ? Il aborde aussi la question de la spécificité des marqueurs pupillaires pour les différents systèmes neuromédiateurs, qui reste ouverte.
Le locus cœruleus n'occupe en moyenne que 5 voxels à une résolution de 2 mm, ce qui en fait l'un des plus petits objets que l'on parvienne à étudier en IRMf.
Non publié sur arXiv. Voici sa page, le PDF et la formalisation : vous pouvez vérifier vous-même, pas seulement lire notre analyse.