Étude de la neuroplasticité en contexte de surdité par l’analyse de la matière blanche

Abstract

La privation sensorielle représente un excellent cadre pour l’étude de la neuroplasticité puisqu’elle permet de mieux comprendre l’impact de l’expérience sensorielle sur la structure et le fonctionnement du cerveau. En contexte de privation auditive, de nombreuses études de neuroimagerie fonctionnelle ont mis en évidence le recrutement des aires auditives pour le traitement visuel et tactile. Toutefois, les mécanismes qui sous-tendent ce transfert intermodal d’informations sensorielles ne sont toujours pas clairs. De plus, la surdité est une privation sensorielle qui permet particulièrement l’étude de l’expérience langagière sur les circuits neuronaux impliqués dans le traitement du langage. En effet, certaines personnes sourdes acquerront le langage oral alors que d’autres apprendront plutôt la langue des signes, une modalité de communication entièrement visuospatiale et motrice. Cependant, malgré la découverte de différences fonctionnelles dans le traitement et la production de la langue des signes comparée à la langue orale, peu d’études ont investigué la structure des faisceaux langagiers chez les personnes sourdes. Conséquemment, cette thèse doctorale vise à approfondir notre compréhension du phénomène de neuroplasticité du cerveau grâce à l’exploration de l’architecture de la matière blanche des systèmes sensoriels et du système langagier en contexte de surdité. Dans l’article 1, nous avons utilisé l’approche de la théorie des graphes pour décrire le réseau de connexions de matière blanche qui relient les aires sensorielles et associatives entre elles et au cerveau entier en contexte de surdité. L’analyse des caractéristiques globales des graphes révèle que le réseau des personnes sourdes semble conservé des propriétés d’intégration et de ségrégation similaires à celui des personnes entendantes. Au niveau des caractéristiques locales, les analyses bayésiennes ont offert un support modéré à l’hypothèse d’une centralité plus élevée dans certaines aires visuelles et associatives chez les personnes sourdes comparées aux personnes entendantes. Finalement, une corrélation significative a été établie entre le degré de sévérité et la centralité d’une région visuelle. Ainsi, nos résultats suggèrent d’abord que qu’un même réseau structurel puisse sous-tendre différents circuits de traitement sensoriel. Au niveau local, notre étude supporte, dans une certaine mesure, l’hypothèse d’une neuroplasticité intramodale compensatoire dépendante de l’usage augmentée des habiletés visuelles et visuospatiales sur lesquelles les personnes sourdes s’appuient au quotidien. Finalement, cet article a mis en lumière l’importance de considérer les caractéristiques de la surdité dans les études de la neuroplasticité. Dans l’article 2, nous avons étudié l’impact de la privation sensorielle auditive et de l’expérience langagière sur les faisceaux de matière blanche composant le système langagier. Nous avons d’abord procédé à une analyse des composantes principales qui nous a permis de créer deux nouvelles mesures liées à 1) la caractéristique d’entrave à la diffusion, et à 2) la complexité du tissu de matière blanche. Nous avons retrouvé une augmentation de la complexité des fibres au sein des voies dorsales du système langagier chez les personnes sourdes utilisant la langue des signes. Nous proposons que cela puisse soutenir l’usage d’articulateurs (doigts, mains, bras) plus larges et spatialement complexes. Cet article a mis en évidence l’importance de l’étude de l’expérience langagière en contexte de surdité pour une meilleure compréhension des mécanismes de neuroplasticité structurelle. Globalement, ces travaux nous permettent une meilleure appréciation de la structure du réseau de matière blanche qui supporte le traitement sensoriel et langagier en contexte de privation auditive. Cette thèse doctorale s’inscrit de façon intéressante au sein des théories modernes des mécanismes sous-tendant la neuroplasticité fonctionnelle. Elle fait également démonstration claire de la pertinence de l’étude de la matière blanche dans l’investigation des habiletés neuroplastiques du cerveau.

Sensory deprivation represents an excellent setting for the study of neuroplasticity since it allows for a better understanding of the impact of sensory experience on brain structure and function. In the context of auditory deprivation, numerous functional neuroimaging studies have demonstrated the recruitment of auditory areas for visual and tactile processing. However, the mechanisms underlying this intermodal transfer of sensory information are still unclear. Moreover, deafness is a sensory deprivation that particularly allows the study of language experience on the neural circuits involved in language processing. Indeed, some deaf people will acquire oral language while others will learn sign language, an entirely visuospatial and motor communication modality. However, despite the discovery of functional differences in the processing and production of sign language compared to oral language, few studies have investigated the structure of language bundles in deaf individuals. Consequently, this doctoral thesis aims to further our understanding of the phenomenon of brain neuroplasticity by exploring the white matter architecture of sensory and language systems in the context of deafness. In article 1, we used a graph theory approach to describe the network of white matter connections that link sensory and associative areas to each other and to the whole brain in the context of deafness. Analysis of the global characteristics of the graphs reveals that the network of deaf individuals appears to retain similar integration and segregation properties to that of hearing individuals. At the level of local features, Bayesian analyses offered moderate support to the hypothesis of higher centrality in certain visual and associative areas in deaf people compared to hearing people. Finally, a significant correlation was found between the degree of severity and the centrality of a visual area. Thus, our results first suggest that the same structural network may underlie different sensory processing circuits. At the local level, our study supports, to some extent, the hypothesis of compensatory intramodal neuroplasticity dependent on the augmented use of visual and visuospatial skills on which deaf individuals rely in their daily lives. Finally, this article highlighted the importance of considering the characteristics of deafness in studies of neuroplasticity. In article 2, we investigated the impact of auditory sensory deprivation and language experience on the white matter bundles comprising the language system. We first performed a principal component analysis that allowed us to create two new measures related to 1) the diffusion hindrance feature, and 2) the complexity of the white matter tissue. We found an increase in fiber complexity within the dorsal pathways of the language system in deaf individuals using sign language. We propose that this may support the use of larger, spatially complex articulators (fingers, hands, arms). This paper has highlighted the importance of studying language experience in the context of deafness for a better understanding of structural neuroplasticity mechanisms. Overall, this work allows us to better appreciate the structure of the white matter network that supports sensory and language processing in the context of auditory deprivation. This doctoral thesis is an interesting addition to modern theories of the mechanisms underlying functional neuroplasticity. It also clearly demonstrates the relevance of the study of white matter in the investigation of neuroplastic abilities of the brain.