Modifications de la connectivité cérébrale au sein du réseau attentionnel ventral lors du vieillissement normal

Les capacités attentionnelles sont nécessaires à la plupart des tâches de la vie quotidienne. Au cours du vieillissement normal, ces habiletés se modifient. De même, les études suggèrent que l’activité neurofonctionnelle du réseau fronto-pariétal qui sous-tend les capacités attentionnelles diffère entre les individus âgés et de jeunes adultes. Par contre, les changements en contexte du vieillissement du réseau fronto-pariétal ventral, aussi appelé le réseau attentionnel ventral, ont été peu investigués. Une telle question doit être soulevée dans le contexte où les plus récents modèles décrivant les changements fonctionnels associés au vieillissement rapportent que des possibles transformations neurofonctionnelles peuvent survenir au niveau intrahémisphérique et interhémisphérique. Le but de cet ouvrage est de déterminer comment le vieillissement normal affecte le réseau attentionnel ventral et de décrire la nature des changements qui peuvent survenir sur les axes intra et interhémisphériques. Pour y parvenir, la méthode de connectivité fonctionnelle fut privilégiée puisqu’elle permet de quantifier l’interaction neurofonctionnelle entre diverses régions composant un réseau fonctionnel.  La première étude de cette thèse a permis de décrire les modifications de connectivité fonctionelle intrahémisphériques du réseau attentionnel ventral en comparant des adultes jeunes et âgés lorsqu’ils réalisent une tâche d’attention sélective en imagerie par résonance magnétique. Sur le plan comportemental, les individus âgés répondaient significativement plus lentement et commettaient davantage d’erreurs que le groupe composé de jeunes adultes. Les résultats de connectivité fonctionnelle montrent que le degré d’intégration de la connectivité fonctionnelle intrahémisphérique est globalement plus élevé chez les individus âgés dans l’ensemble des régions fronto-pariétales composant ce réseau. De plus, il semble que les aires antérieures du réseau, soit les aires préfrontales et insulaires, sont moins intégrées chez les individus âgés, alors que les zones pariétales, temporales et cérébelleuses le sont davantage. Le degré d’intégration de la connectivité est également plus élevé chez les adultes âgés entre les régions postérieures et antérieures. Ainsi, les résultats de cette étude suggèrent que la dynamique des régions antérieures et postérieures du réseau attentionnel ventral est modifiée au cours du vieillissement normal et que les régions postérieures occupent au sein de ce réseau un rôle plus important avec l’âge. Cette hyperconnectivité des aires pariétales pourrait représenter une stratégie de compensation intrahémisphérique (i.e. recrutement de régions additionnelles en postérieur) qui aurait cependant atteint un certain plateau puisque bien que les âgés réussissent à réaliser la tâche, ils performent significativement plus faiblement que de jeunes adultes.  La seconde étude s’est intéressée aux modifications de connectivité interhémisphériques du même réseau fonctionnel en comparant le degré de connectivité fonctionnelle entre des individus jeunes et âgés. De manière similaire à l’étude 1, sur le plan comportemental les individus âgés répondaient significativement plus lentement et commettaient plus d’erreurs que les jeunes adultes. En ce qui concerne la dimension inter-hémisphérique du réseau, les résultats des analyses de connectivité montrent que le degré d’intégration des régions hémisphériques gauches fronto-pariétales et temporales est plus faible pour les participants âgés que pour les participants jeunes. Au contraire, les régions frontales, pariétales, temporales et sous-corticales de l’hémisphère droit sont plus intégrées. Par ailleurs, les résultats montrent également que le degré d’intégration interhémisphérique est plus élevé chez les individus âgés. Ainsi, cette étude suggère que le degré de connectivité fonctionnelle entre les régions hémisphériques droites du réseau attentionnel ventral augmente au cours du vieillissement, suggérant ainsi une amplification de la latéralisation de ce réseau vers l’hémisphère droit avec l’âge. Cette étude montre également que malgré une augmentation de la latéralisation du VAN à droite, celle-ci s’accompagne d’une augmentation du degré de connectivité fonctionnelle interhémisphérique qui pourrait être envisagée comme une tentative de compensation interhémisphérique (i.e. recrutement des régions homologues) qui aurait atteint toutefois un certain plateau car même si les âgés réussissent à réaliser la tâche, leur niveau de performance reste significativement plus faible que les jeunes.  En somme, ce travail a permis de contribuer à notre compréhension de l’impact du vieillissement sur le réseau attentionnel ventral sur l’axe intrahémisphérique et interhémisphérique. Cet ouvrage lance de nouvelles pistes d’investigation dans ce domaine et pourrait éventuellement mener à l’élaboration d’interventions susceptibles de promouvoir une santé cognitive optimale lors du vieillissement. Attention is necessary for most of daily life’s tasks. During aging, these cognitive abilities are changed. Studies suggest that the neurofunctional activity of the frontoparietal network, which upholds the attentional capacities, differ between young and older adults. However, age-related changes of the ventral frontoparietal network, also called the ventral attention network, have been less investigated. Such question has to be raised in context of recent models of neurofunctional changes in aging, who report possible functional transformation that could occur both at the intrahemispheric and interhemispheric levels. The goal of the present thesis is to determine how aging affects the ventral attention network and describe the nature of such changes that can occur on the intrahemispheric and interhemispheric axis. To do so, functional connectivity methods were favoured because of their capacity to measure the neurofunctional interaction between the regions of a network.  The first study of the present thesis has allowed describing the age-related intrahemispheric modifications of functional connectivity in this network by comparing young and older adults while they respond on a selective attention task during a functional magnetic resonance imagery scan. On the task, aged adults performed significantly slower and made more errors than the young adults. At the functional connectivity level, the results show higher level of the functional connectivity between all frontoparietal regions of this network for the older group. Further, the integration level of functional connectivity in anterior regions of the network seems to be less integrated for the older participants, while posterior regions have more neurofunctional signal dependency. Also, the level of integration of functional connectivity is higher in older adults between anterior and posterior regions. Thus, results from this study suggest that the anterior and posterior regions of the ventral attention network interact differently during aging and that the posterior regions play a more important role with age in this network. This hyperconnectivity in the parietal regions could represent an unsuccessful intrahemispheric compensation attempt (i.e. recruitment of additional regions in posterior part of the brain) since older adults perform significantly less well than younger adults.  The second study has investigated interhemispheric alterations of functional connectivity in the same functional network by comparing young and older adults. Like in the first study, younger adults were faster to respond on task and were more accurate. Regarding the neurofunctional lateralization of the network, the degree of functional connectivity is lower in older adults for the left hemisphere’s frontoparietal and temporal regions. However, older adults have a higher degree of functional connectivity in the right frontal, parietal, temporal and subcortical regions of the same network. Also, the results also show that the interhemispheric integration level is superior for the older adults. Thus, this study suggests that the level of functional connectivity with the right hemisphere’s regions of the ventral attention network increases with age, which could suggest an age-related lateralization of this network towards the right hemisphere. In this context, increased interhemispheric functional connectivity could be interpreted as a failed interhemispheric compensation attempt (i.e. recruitment of homologous regions) since the performance of older adults on task was significantly lower than younger adults. In short, this work has allowed contributing to our understanding of the impact of aging on the ventral attention network both on the intrahemispheric and interhemispheric axis. These various results bring up new hypothesis that needs to be investigated in further studies and eventually that could lead to the establishment of intervention that promote an optimal healthy cognitive aging.

Keyphrases: Vieillissement, Connectivité fonctionnelle, Réseau Attentionnel Ventral, Imagerie par Résonance Magnétique fonctionelle, attention sélective, Aging, functional connectivity, ventral attention network, functional magnetic resonance imaging, selective attention