Transcript Facteurs Neurosensoriels - Groupe d`Etude des Scolioses

Scoliose idiopathique de l’adolescent
et facteurs neurosensoriels
Table ronde : Facteurs éthiopathogéniques impliqués dans la survenue
d’une scoliose idiopathique, GES, 24 mars 2012, Tours
Christine ASSAIANTE
Laboratoire de Neurosciences Cognitives, UMR
7291, CNRS, AMU, Marseille
La scoliose idiopathique
 Déformation tridimensionnelle du rachis
Angle de Cobb
Sujets avec une scoliose
modérée
(10°< angle Cobb < 30°)
Postural Control
Orientation
 Alignment of the axis of
the body with the gravity
vector
Stabilisation
 Equilibrium : control of
the CG position
Questions posées par les AIS
 Quels sont les effets de cette déformation du rachis dans la
construction du schéma corporel, sachant que le tronc constitue un
référentiel de base pour contrôler la posture, l’équilibre, ainsi que
l’orientation verticale et sa représentation.
 Comment les processus développementaux interfèrent avec cette
pathologie qui exprime une déformation du rachis au cours de
l’adolescence, qui est, précisément, une période de transition
déterminante au cours de l’ontogénèse.
 Mieux comprendre cette période charnière de l’adolescence est
absolument indispensable pour mieux appréhender les pathologies
développementales car le développement n’est pas un processus
linéaire et que l’adolescence est une phase spécifique dans le
développement du contrôle postural.
AIS et troubles du contrôle postural
 Performances posturales moins bonnes, majorées
par une augmentation de la sévérité de la
déformation du rachis ( Haumont et al, 2011; Cheng
et al, 2011).
 Déficits d’équilibre locomoteur (Mallau et al, 2007)
 Problèmes d’intégration sensorielle (Barrack et al,
1984; Herman et al, 1985; Keesen et al, 1992;
Wiener-Vacher and Mazda, 1998; Simoneau et al,
2006)
Contributions sensorielles au contrôle postural
Informations
Vestibulaires
(otolithiques et canalaires)
Informations
Visuelles
Informations
graviceptives
Informations
Proprioceptives
AIS et troubles neurosensoriels
Troubles Vestibulaires (otolithiques et canalaires)
Shalstrand and Petrusson, 1979; Shalstrand et al, 1979, Wiener-Vacher
and Mazda, 1998)
 au niveau anatomique avec une asymétrie des systèmes otolithique et
canalaire, en lien avec une asymétrie cranio-faciale (Rouzié et al, 2011;
Lambert et al, 2011).
 au niveau fonctionnel avec une asymétrie des réponses à un des tests
de la fonction vestibulaire (test OVAR: off vertical axis rotation). Ce
test évalue la fonction des voies vestibulaires centrales transportant
les informations d’accélérations linéaires, dont la pesanteur, vers le
système nerveux central (Wiener-Vacher et al, 2011).
 au niveau de l’intégration cognitive des signaux vestibulaires dans des
tâches de perception spatiale (Simoneau et al, 2009).
AIS et troubles neurosensoriels
Troubles proprioceptifs
(Barrack et al, 1984; Herman et al, 1985; Keesen et al, 1992 Simoneau
et al, 2006a and 2006b; Cheng et al, 2011).
 Simoneau et al. (2006b) reported that AIS, compared to control
adolescents, rely much more on ankle proprioception to control the
amplitude of the balance control commands.
 109 AIS girls and 56 age-matched healthy girls were recruited into
the study. Abnormal SEP was much more frequently found in AIS
patients (14.3%) than in healthy subjects (3.7%). They also
demonstrated significantly increased COG sway associated with
abnormal SEP. The finding of significant effect of SEP on the
performance of balance control when subjects relied on
somatosensory system further indicated the abnormal somatosensory
function in a subgroup of AIS patients. (Cheng et al, 2011)
Contribution de la proprioception dans le contrôle
postural à partir du protocole des oscillations lentes
Repondération sensorielle chez l’enfant et l’adolescent
Mallau et al, 2010, PlosOne
Viel et al, 2009, Motor Control
Protocole des oscillations lentes du support
Tâche : Les sujets doivent maintenir l’orientation verticale
de leur corps, avec ou sans vision, en dépit des oscillations
très lentes du support sur lequel ils se tiennent debout.
Spécificité vestibulaire : Ces oscillations imposées du
support sont choisies en amplitude et en fréquence de façon
à être soit au dessus (+/- 5° at 0.06 Hz) soit au dessous (+/5° at 0.01 Hz) du seuil de détection des canaux semicirculaires.
Contribution sensorielle au contrôle postural : La plus
basse fréquence d’oscillations du support associée à la
condition sans vision constitue une situation intéressante et
inédite où l’on peut spécifiquement explorer la contribution
proprioceptive au contrôle postural.
En résumé adolescents vs adultes …
Le développement du contrôle postural continue jusqu’à
des périodes tardives de l’ontogenèse.
Les stratégies de stabilisation segmentaire sur
l’espace s’améliorent significativement depuis les 14-15
ans jusqu’aux jeunes adultes, passant d’un fonctionnent
“en bloc” à un fonctionnement articulé de l’ensemble
tête-tronc.
Enfin, les adolescents semblent plus dépendants des
informations visuelles que les jeunes adultes pour le
contrôle postural, ce qui est cohérent avec l’hypothèse
d’une
négligence
transitoire
des informations
proprioceptives dans l’intégration sensorielle.
Repondération sensorielle du contrôle postural
chez des adolescents porteurs de scoliose idiopathique
Question posée
 Les adolescents avec une scoliose idiopathique (AIS)
negligent-ils aussi les informations proprioceptives dans
l’intégration sensorielle du contrôle postural ?
Dispersions angulaires
Epaules
5.5
5.0
5.0
4.5
4.5
4.0
4.0
3.5
3.5
Degrees
Degrees
Tête
5.5
3.0
2.5
3.0
2.5
2.0
2.0
1.5
1.5
1.0
1.0
0.5
0.5
0.0
0.0
CS EO
CS EC
AIS EO
AIS EC
CS EO
AIS EO
AIS EC
AIS EO
AIS EC
Bassin
5.5
5.5
5.0
5.0
4.5
4.5
4.0
4.0
3.5
3.5
Degrees
Degrees
Tronc
CS EC
3.0
2.5
3.0
2.5
2.0
2.0
1.5
1.5
1.0
1.0
0.5
0.5
0.0
0.0
CS EO
CS EC
AIS EO
AIS EC
CS EO
CS EC
 Avec et sans vision, aucune différence significative n’a été observée
entre CS et AIS dans les dispersions angulaires aux niveaux tête,
épaules, tronc et bassin.
Indices d’ancrage
Epaules
Tête
1.0
1.0
0.5
SAI
HAI
0.5
0.0
-0.5
0.0
-0.5
CS
AIS
-1.0
-1.0
CS
AIS
EO CS
EO AIS
EC CS
EC AIS
Tronc
1.0
Bassin
1.0
0.5
0.5
PAI
TAI
CS
0.0
-0.5
AIS
0.0
-0.5
-1.0
-1.0
CS
AIS
 Une déformation modérée du rachis n’affecte pas
les stratégies de stabilisation segmentaire.
En résumé…
Une déformation modérée du rachis n’affecte pas le contrôle de
l’orientation verticale ni les stratégies de stabilisation
segmentaire.
Les informations visuelles améliorent notablement le contrôle
postural chez tous les adolescents avec ou sans scoliose.
Dans notre étude, il semble que l’effet développemental soit
dominant par rapport à un éventuel effet pathologique.
Contrairement à notre hypothèse initiale, les AIS comme les CA
négligent transitoirement les informations proprioceptives pour
contrôler leur posture en réponse à des oscillations très lentes du
support. Ces résultats associés aux précédentes études de la
littérature suggèrent l’existence de différents systèmes de
l’information proprioceptive qui soustendent des fonctions
différentes de l’intégration sensorielle du contrôle postural.
Système proprioceptif statique versus dynamique
Goldscheider (1898): La proprioception assure 2 fonctions principales:
 la détection du sens du mouvement (accessible par une vibration
tendineuse de courte durée), c’est à dire la capacité de détecter la
direction, l’amplitude et la vitesse d’un mouvement
 la détection du sens de la position (accessible par des mouvements
passifs très lents, tel que le protocole des oscillations lentes), c’est à
dire la capacité à comparer une position finale avec une position initiale
de façon à savoir si un mouvement a été réalisé.
 Radovanovic S et al., 2002 : Des études en PET ont montré que ces
deux systèmes fonctionnels de la proprioceptions sont soustendus par
des réseaux différents d’activation cérébrale.
Perturbation de l’entrée proprioceptive
par vibration musculo-tendineuse
Nouvelle hypothèse :
Le système proprioceptif statique, tel qu’il était
expérimenté par notre précédent protocole, ne serait pas
affecté par la scoliose idiopathique de l’adolescent, tandis
que
le
système
proprioceptif
dynamique
serait
principalement affecté.

Vibration musculo-tendineuse :
une stimulation proprioceptive spécifique
Vibration musculo-tendineuse (80-100 Hz)
activation
Terminaisons fusoriales primaires (récepteurs Ia)
Interprétation SNC: étirement du muscle vibré
Tâche perceptive
En présence de contraintes d’équilibre
(80-100Hz)
Goodwin (1972)
Vibration du tendon d’Achille
 Déplacement vers l’arrière pour
compenser le déplacement vers l’avant simulé
Influence d’une perturbation proprioceptive sur le contrôle postural
Tâche 1 : quantifier and qualifier les ajustements posturaux évoqués par vibration
Population :
- chez des adolescents scoliotiques
- chez des adolescents appariés en âge
- chez des adultes sains
Condition posturale :
Posture érigée
Site de la vibration :
Vibration du tendon
d’Achille
- vibration du tendon d’Achille
Mesures
 Analyse cinématique du mouvement avec le système ELITE
 Analyse du déplacement du centre de pression avec les plateformes de forces
Influence d’une perturbation proprioceptive sur le contrôle postural
Analyse de la réaction de stabilisation
(Amplitude après 3 sec de stimulation )
Stimulation vibratoire
Analyse de la réaction
d’orientation
(Amplitude à la fin de la stimulation)
Mesure de l’instabilité
(RMS au cours de la vibration)
Temps
5s
Baseline
(rest period)
15 s
Stimulation vibratoire
15 s
Période Post-effect
Posture Yeux Fermés
Posture Yeux ouverts
Déplacement CP AP
Déplacement CP AP
20
0
-20
-40
AIS
Déplacement CP (mm)
Déplacement CP (mm)
20
0
-20
-40
AIS
ADO
ADO
Adults
-60
0
5
10
Temps (s)
15
Adults
-60
20
0
5
15
20
Inclinaison Tronc AP
2
2
1
1
0
-1
-2
AIS
-3
ADO
Inclinaison Tronc (deg)
Inclinaison Tronc (deg)
Inclinaison Tronc AP
10
Temps (s)
0
-1
-2
AIS
-3
ADO
Adults
-4
0
5
10
Temps (s)
15
20
Adults
-4
0
5
10
Temps (s)
15
20
Les réponses posturales des jeunes adultes sont plus modérées que celles
des adolescents
Les AIS semblent davantage utiliser les informations visuelles que les
autres groupes pour réduire la perturbation posturale
Premières manifestations posturales
Latence départ vers l'arrière (CP)
1000,00
Temps après le début de la vibration (ms)
900,00
800,00
700,00
600,00
SCO
500,00
ADO
ADU
400,00
300,00
200,00
100,00
0,00
YF_ST'
YO_ST'
Analyse de la réaction de stabilisation
(autour de 3 secondes de vibration)
Amplitude du déplacement du CP
après 3 s de vibration (vers
l'arrière)
80,00
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
SCO
ADO
ADU
YF_ST'
Y0_ST'
Déplacement CP (mm)
Déplacement CP (mm)
Pic maximum vers l'arrière (CP)
30,00
SCO
20,00
ADO
10,00
ADU
0,00
YF_ST'
YO_ST'
Amplitude du déplacement du tronc
après 3 s de vibration
(Positifve: vers l'arrière; négatifve: vers l'avant)
6,00
5,00
4,00
SCO
3,00
ADO
2,00
ADU
1,00
0,00
'YF_ST'
YO_ST'
Déplacement Tronc (deg)
Déplacement Tronc (deg)
Pic maximum vers l'arrière
(Tronc)
40,00
2,00
1,50
1,00
0,50
0,00
-0,50
-1,00
-1,50
SCO
ADO
YF_ST'
YO_ST'
ADU
Analyse de la réaction d’orientation
(amplitude à la fin de la stimulation)
50,00
45,00
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
SCO
ADO
ADU
YF_ST'
YO_ST'
Amplitude du déplacement du tronc à la fin de la
vibration
(Positif : vers l'avant; négatif : vers l'arrière)
Déplacement Tronc (deg)
Déplacement CP (mm)
Amplitude du déplacement du CP à la fin de la
vibration (vers l'arrière)
4,00
3,00
SCO
2,00
ADO
1,00
ADU
0,00
YF_ST'
-1,00
YO_ST'
Influence d’une perturbation proprioceptive sur la perception
illusoire de mouvements
Tâche 2 : quantifier et qualifier les illusions kinesthésiques induites par vibration
 Tâche perceptive :
1) Au cours de l’illusion, indiquer en temps réel
avec l’index droit
- Le démarrage de l’illusion
- L’amplitude du mouvement perçu
 Système d’analyse cinématique du mouvement
ELITE
Vibration du tibialis
2) Après l’essai, indiquer l’inclinaison maximale
perçue du pied au cours de l’illusion en
reproduisant l’angulation sur un schéma
Perception de l’illusion de mouvement
Illusion ressentie (ADO)
Oui parfois
6%
Illusion ressentie (SCO)
Oui toujours
94%
Non
15%
Oui
parfois
8%
Oui
toujours
77%
N= 13
N= 16
Illusion ressentie (ADU)
Oui
parfois
29%
Oui
toujours
71%
N = 14
A propos de l’illusion
Temps après le début de la
vibration (s)
Latence d'apparition de l'illusion
6,00
5,00
4,00
3,00
2,00
1,00
0,00
SCO
ADO
ADU
Amplitude différée
Inclinaison maximale du pied
rapportée sur un schéma (deg)
Inclinaison maximaledu pied
rapportée avec le déplacement du
doigt (mm)
Amplitude en temps réel
230,00
180,00
130,00
80,00
30,00
40,00
35,00
30,00
25,00
20,00
15,00
10,00
5,00
0,00
-20,00
SCO
ADO
ADU
SCO
ADO
ADU
Amplitude en temps réel
En résumé…
Ces résultats tant posturaux que perceptifs semblent confirmer
l’hypothèse d’une atteinte spécifique du système proprioceptif
dynamique chez les AIS.
Il existe chez les AIS une repondération sensorielle en faveur de la
vision pour améliorer l’équilibre postural.
Ces résultats tant posturaux que perceptifs révèlent aussi l’effet
développemental qui existe entre les adolescents et les jeunes
adultes.
Les études en IRMf sont en cours afin de connaître la maturation et
/ ou les éventuels dysfonctionnements de l’intégration proprioceptive
centrale.
fMRI Design
Participants :
- 16 AIS group
- 16 Healthy adolescents
- 16 Young adults control
pathology effect ?
developmental effect ?
fMRI task and procedure :
The experiment has an event-related design composed of the three conditions :
- Vibration at a frequency which elicite kinaesthetic illusions (100 Hz – 20 s)
- Vibration at a frequency which does not elicite kinaesthetic illusions (30Hz – 20 s)
- Rest (control condition)
Vibration 100 Hz
Task : After each trial,
the subject will indicate if
a movement of the foot
was perceived.
DTI Analysis in order to test cerebral development during adolescence...
Question :
Link between AIS pathology and maturation of the neural connection?
Liu et al (2008) has reported mean
volumetric differences in 22 brain
regions between AIS and controls with
anatomic IRM recordings.
Diffusion Tensor Imaging (DTI) sequence of 8 minutes :
 Maturation of the neural connections and the white matter :
- With development (healthy adolescents and young adults comparison)
- With AIS pathology (AIS group and healthy adolescents comparison)
Neural activity
Pour aller plus loin …
Behavioral indicator
of Body Schema
Quelques souhaits…
 Nécessité d’augmenter les effectifs d’AIS pour
confirmer les tendances
 Pouvoir définir des profils perceptifs d’AIS
 Développement de tests perceptifs simples et fiables
à faire en salle d’attente
fMRI investigations :
Using tendon vibration to induce illusory sensation of movement
 First studies with hand vibration and PET method
 activation areas (primary motor cortex, parietal cortex , cingulate motor
cortex, SMA…)
(Naito et al., 1999 ; Radovanovic et al., 2002)
 Relation between the velocity of the perceived illusory movement and the intensity
of the cortical activations
 fMRI study
(Romaiguère et al., 2003)
•
•
•
•
•
•
•
AIS is related to disorders of postural control with potential involvement of vestibular, proprioceptive and
visual input
Poorer postural performance, especially in sensory conflict situations, observed in patients with a Cobb angle
greater or equal to 15°, reflect less effective central information processing (Haumont et al, 2011)
Various factors cause idiopathic scoliosis, and among these a prominent role has been attributed to the
vestibular system. While the deficits in sensorimotor transformations have been documented in idiopathic
scoliosis patients,little attention has been devoted to their capacity to integrate vestibular information for
cognitive processing for space perception. Results of the present study demonstrate that idiopathic scoliosis
patients have an alteration in cognitive integration of vestibular signals (Simoneau et al, 2009)
Adolescent idiopathic scoliosis in humans is generally associated with vestibulo-motor deficits. Such a
vestibular origin of scoliotic deformations was confirmed in adult Xenopus frogs after unilateral
labyrinthectomy (UL) at larval stages (Lambert et al, 2011)
craniofacial asymmetries (CFA) is highly associated with idiopathic scoliosis. CFA are linked to developmental
deficits inducing Geometrical asymetries of the semicicular canals and otoliths Geometrical asymetries of the
orbital cones Asymetries of the cerebellum They are associated with semi-circular canal anomalies (Rouzié et
al, 2011)
dans 67% des adolescents développant une scoliose idiopathique (SI) une asymétrie des réponses à un des
tests de la fonction vestibulaire (test OVAR: off vertical axis rotation). Ce test évalue la fonction des voies
vestibulaires centrales transportant les informations d’accélérations linéaires, dont la pesanteur, vers le
système nerveux central. Cette asymétrie a été observée dans quelques SI bien avant que la déformation
rachidienne du rachis ne soit détectable. Actuellement nous cherchons à déterminer si la présence de cette
asymétrie prédictive de scoliose grave et évolutive (Wiener-Vacher et al, 2011).
There are reports of posture control and balance problems associated with adolescent idiopathic scoliosis
(AIS), particularly in patients with severe curves. Somatosensory system is one of the three major sensory
systems (vision, vestibular, and somatosensory system) those are involved in balance and posture. It is
postulated but not proved that the posture control and balance problems in AIS are related to abnormal
somatosensory function. 109 AIS girls and 56 age-matched healthy girls were recruited into the study.
Abnormal SEP was much more frequently found in AIS patients (14.3%) than in healthy subjects (3.7%). SOT
in this study demonstrated significantly increased COG sway associated with abnormal SEP. The finding of
significant effect of SEP on the performance of balance control when subjects relied on somatosensory
system further indicated the abnormal somatosensory function in a subgroup of AIS patients. (Cheng et al,
2011)