Neurophysiol Clin (1991) 21, 281-291 © Elsevier, Paris

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M~moire original

Les potentiels corticaux li~s au m o u v e m e n t de l ' h o m m e ~g~ AP Feve, N Bathien*, P Rondot Service de neurologie, centre Raymond-Garcin, CHSA, 1, rue Cabanis, 75014 Paris et laboratoire de physiologie, facult~ de m~decine Saint-Antoine, 75012 Paris, France (Regu le 22 novembre 1990; accept6 le 30 novembre 1991)

R6sum6 - Les potentiels corticaux li6s au m o u v e m e n t de flexion volontaire du poignet librement ex6cut6 (MRPs) ont 6t6 enregistr6s chez 35 sujets fig6s de 23 ~t 80 ans. Les caract6ristiques des M R P s du sujet ~g6 ont 6t6 d6termin6es par rapport aux donn6es de 14 sujets jeunes ~g6s de 23 ~t 40 ans. L'analyse a port6 sur trois composantes des M R P s : les variations n6gatives lentes NS1 et NS2, avant le m o u v e m e n t (BP) et le potentiel moteur MP. Chez le sujet fig6, les latences mesur6es en Cz montrent un allongement significatif de la latence du pic NS1 et de la dur6e de NS2 (NS' de Shibasaki et al, 1980). L'amplitude moyenne du pic NS1 en Cz est diminu6e et celle de N1 (pic n6gatif avant le mouvement) et de MP ne diff~re pas significativement du sujet jeune. La composante NS2 du sujet ftg6 (entre NS1 et N1) se trouve donc augment6e. Par rapport au sujet jeune qui pr6sente une pr6dominance des amplitudes de N1 et MP du cortex moteur controlat6ral sur le cortex ipsilat6ral, le sujet ~g6 a perdu la lat6ralisation de ces composantes. D'apr~s les enregistrements des M R P s & l'aide d'61ectrodes sous-durales (Neshige et al, 1988), NS1 r6sulte de l'activit6 de l'aire motrice suppl6mentaire et du cortex moteur primaire ipsi et controlat6ral. L ' a u g m e n t a t i o n de NS2 pourrait 8tre interpr6t6e c o m m e l'expression d ' u n e activit6 venant d'autres structures pour compenser la r6duction de NS1 du sujet ~g6 et maintenir le niveau du potentiel moteur MP. potentiels moteurs / vieiilissement

Summary - Movement-related cortical potentials in aged subjects. Corticalpotent&ls related to freely-

executed voluntary wrist flexion (MRPs) were studied in 35 subjects aged 23-80 years. The characteristics o f the MPRs in aged subjects were determined in comparison data from 14 young subjects aged 23-40 years. The analysis concerned 3 components o f the MRPs: the slow negative shifts (NS1 and NS2) before the movement onset and the motor potential (MP). In the aged subject, the latencies measured at Cz show a significant lengthening o f the NS1 and o f the duration o f NS2 (NS' o f Shibasaki et al, 1980). The mean amplitude o f the NS1 peak at Cz is decreased, and those o f N1 (the negative peak before the

* Correspondance et tir6s ~t part.

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A P Feve et al

movement) and M P are not significantly different from those o f the young subjects. The NS2 component in the aged subject (between NS1 and N1) is thus increased. In contrast to the young subjects, who present a predominance o f N1 and M P amplitudes o f the contralateral motor cortex over the ipsilateral cortex, the aged subjects lose lateralization o f these components. Recording o f MRPs with subdural electrodes (Neshige et al, 1988) shows taht NS1 results from the activity o f the supplementary motor area and from the ipsi-contralateral primary motor cortex. The increase in NS2 might be interpreted as an expression o f activity coming from other structures to compensate for the reduction in NS1 in the aged subject and to maintain the level o f the motor potential NIP.

motor potentials / aging

Introduction Avec l'enregistrement de l'activit6 corticale h l'aide d'61ectrodes sous-durales implant6es chroniquement chez le patient 6pileptique (Neshige et al, 1988), il est possible de d6finir les composantes des potentiels corticaux li6s au mouvement volontaire (MRPs). Selon les donn6es r6centes de la litt6rature (Tamas et Shibasaki, 1985 ; Dick et al, 1987, 1989), les MRPs enregistr6s au niveau du scalp se composent de trois phases: deux variations n6gatives lentes de pente diff~rente qui culminent en N1 avant le mouvement (Shibasaki et al, 1980) et une n6gativit6 qui d6bute avant le mouvement et qui atteint son amplitude maximale juste apr6s le potentiel moteur ou M P de Deecke et al (1969). Les variations n6gatives pr6c6dant le mouvement sont d6sign6es diff6remment par les auteurs (Shibasaki et al, 1980; Dick et al, 1987, 1989). Dans cette 6tude, le Bereitschaftspotential (BP) de Kornhuber et Deecke (1965) d6signe l'activit6 61ectroenc6phalographique (EEG) avant le mouvement. I1 se divise en deux composantes qui sont NS1 et NS2. N1 qui est le pic n6gatif avant le mouvement est donc la r6sultante des amplitudes NS1 et NS2. Les donn6es de l'enregistrement sous-dural (Neshige et al, 1988) montrent que NSI'. a pour origine l'activit6 de l'aire motrice suppl6mentaire et du cortex moteur pfimaire des deux c6t6s, et les potentiels NS2 et M P proviennent surtout du cortex moteur controlat6ral au mouvement. La participation de l'aire motrice suppl6mentaire h la gdn6ration de NS2 est aussi observ6e. Deecke (1980) a montr6 une diminution de BP chez le sujet apr6s 50 ans. Barrett et al (1986) ont observ6, chez le sujet gLg6, un NS2 avec une pente plus faible dans les d6rivations m6dianes. Dans cette 6tude, nous explorons les trois composantes des MRPs de 35 sujets fig6s de 23/t 80 ans. L'analyse des donn6es met en 6vidence une diminution de l'amplitude de NS1 au vertex et une perte de lat6ralisation de N1 et MP des MRPs du sujet ~g6. Cet article pr6sente nos premiers travaux qui 6tablissent les normes servant/~ l'exploration des potentiels corticaux li6s au mouvement des patients avec une 16sion localisde au niveau des ganglions de la base.

Potentiels du mouvement

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M~thodes

Sujets L'exploration a port6 sur 35 sujets normaux (13 femmes et 32 hommes) droitiers ag6s de 23 ~t 80 ans. La distribution des ages est sym&rique et normale, avec une moyenne de 46,1 ans et un 6cart type (SD) de 15,2 ans. La plupart des sujets font partie du personnel du service de neurologie et les sujets ag6s sont les connaissances des auteurs. Ils ont 6t6 inform6s du but et du d6roulement de l'6tude et ont donn6 leur consentement. Pour l'6tude comparative des composantes des MRPs, on individualise parmi eux deux groupes: un groupe de sujets de 23 ~t 40 ans (six femmes et huit hommes), age moyen (moyenne + SD) : 32,7 _+ 4,8 ans et un groupe de 50 ~ 80 ans (cinq femmes et neuf hommes) age moyen: 61,3 _+ 9,5 ans. Ces ages moyens sont significativement diff6rents (t de Student: 10,01 avec df: 26, P < 0,001). Ils sont d6sign6s comme groupe Y (32,7 ___ 4,8 ans) et groupe 0 (61,3 + 9,5 ans).

Technique d"enregistrement Les potentiels corticaux li6s au mouvement MRPs (movement relatedpotentials) enregistr6s dans cette 6rude ont 6t6 induits par la flexion volontaire du poignet. Les sujets sont allong6s sur un lit en position 16g6rement inclin6e. Ils fixent un point sur un 6cran plac6 en face d'eux en gardant les muscles de la face et de la mhchoire relfich6s. La tache motrice demand6e aux sujets est d'ex6cuter une flexion brusque du poignet ~t leur rythme, tout en gardant un intervalle de repos d'environ 5 s entre les mouvements. Pour ce faire, leur avant-bras est plac6 dans un appareil de contention qui ne laisse mobile que l'articulation du poignet. L'extension est passive, l'appareil comprenant un syst~me permettant le rappel du poignet ~ sa position de repos. L'intervalle entre deux mouvements varie entre 5 et 10 s. L'activit6 61ectromyographique (EMG) induite par la flexion a 6t6 recueillie ~ l'aide d'une paire d'61ectrodes de surface plac6es sur le muscle Flexor Carpi ulnaris (grand palmaire). Le signal EMG a 6t6 amplifi6 (bande passante 16 Hz - 1,6 Hz) e t a 6t6 utilis6 comme signal de d6clenchement (trigger) pour la quantification de l'activit6 61ectroenc6phalographique (EEG). L'EEG de 2,5 savant et apr~s le d6clench6 (trigger) a 6t6 recueilli avec des 61ectrodes-aiguilles fix6es au scalp, vule peu d'61ectrodes utilis6es et la possibilit6 de ces 61ectrodes de passer les ondes lentes si on fait attention aux effets capacitifs des ills (Misulis, 1989). Les enregistrements monopolaires avec r6f6rence oreilles li6es, ont 6t6 d6riv6es des 61ectrodes plac6es (selon le syst~me 10-20) en Cz et C3' et C4'. Ces positions sont respectivement 1 cm ant6rieures C3 et C4. Elles ont 6t6 utilis6es par Kristeva et Kornhuber (1980) pour enregistrer l'activit6 du cortex moteur primaire. L'enregistrement a 6t6 r6alis6 avec un gain de 10 tzV, un niveau de filtre passe-bas de 1,6 kHz et de filtre passe-haut de 0,03 Hz. Les signaux EMG et EEG ont 6t6 trait6s ~t l'aide de l'analyseur de signal Basis (OTE) signal Averager. Les donnOes ont 6t~ stock6es en disquettes.

Quantifications La figure 1 repr6sente le trac6 obtenu apr6s moyennage de 120 mouvements de flexion du poignet droit d'un sujet du groupe Y. Elle montre les diffdrentes cornposantes des MRPs analy-

AP Feve et al

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Ref:AI+A2

•

NS1

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ms

Fig 1. Terminologie de chaque composante des potentLels cortiaux li6s au mouvement (enregistrement chez un homme de 38 ans). EMG : 61ectromyogramme; CHM : enregistrement du cortex moteur primaire de la main controlat6ral au mouvement ; IHM : enregistrement ipsilat6ral au mouvement de la main. Le d6but de BP, le point d'inflexion terminant NS1, pr6moteur N1 et le pic postmoteur MP sont indiqu6s par les curseurs verticaux sur l'enregistrement en IMH, Cz et CHM. Les latences sont mesur6es par rapport au d6but de I'EMG.

s6es dans cette 6tude. Le Bereitschaftspotential (BP) de K o r n h u b e r et Deecke (1965) est form6 de deux variations n6gatives de pentes diff6rentes pr6c6dant le mouvement objectiv6 par l'activit6 E M G (Shibasaki et al, 1980). Elles se diff6rencient clairement en Cz. Le pic n6gatif du BP est atteint en N1 avant le mouvement. La premi6re n6gativit6 apr6s le mouvement est le potentiel m o t e u r (MP). M P et N 1 ont leur amplitude maximale au niveau du cortex m o t e u r controlat6ral. Ainsi d6fini (Dick et al, 1987), le BP est form6 de deux c o m p o s a n t e s : NSI et NS2 qui

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Potentiels du mouvement

c o r r e s p o n d e n t respectivement aux composantes BP et NS' de Shibasaki et al (1980). L ' a m p l i tude de N1 est la s o m m e des amplitudes NS1 et NS2. P o u r la quantification, le d6but et le pic de NS1 sont rep6r6s en Cz, N1 et M P au niveau du cortex controlat6ral (cad en C3' pour les m o u v e m e n t s du poignet droit), le pic NS1 6tant le c h a n g e m e n t de pente entre NS1 et NS2. Ces m~mes rep~res sont utilis6s sur les deux autres d6rivations. Les mesures d ' a m p l i t u d e dans les diff6rentes d6rivations ont 6t6 effectu6es selon ces rep~res. Les amplitudes ont 6t6 calcul6es ~t partir de la ligne z6ro ~t l'aide d ' u n signal de calibration de 10 tzV. Cette derni6re est d6termin6e par le m o y e n n a g e des premi6res 500 ms de l'enregistrement. Les mesures ont 6t6 effectu6es i n d 6 p e n d a m m e n t par deux observateurs. Les diff6rences ont 6t6 corrig6es d ' u n c o m m u n accord.

N1 MP NS1 ~ \

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500 ms

500 ms

Fig 2. Potentiels corticaux li6s au mouvement lors d'une flexion du poignet droit chez un sujet de 30 ans (1) et chez un sujet de 65 ans (0). Les lignes verticales indiquent le d6but de I'EMG. Les localisations des 61ectrodes sur le scalp sont : 1 : l'aire motrice ipsilat6rale de la main; 2: Cz; 3: aire motrice controlat6rale de la main.

Fig 3. R6sultats moyenn6s de NS1, N1 et MP (composantes des potentiels corticaux li6s au mouvement) chez 14 sujets du groupe jeune (cercles pleins) et 14 sujets du groupe ~.g6(cercles ouverts). La moyenne et le SEM (6cart standard ~. la moyenne) sont indiqu6s. Les latences en millisecondes (ms) sont en abscisse et les amplitudes #zV) sont en ordonn6.

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AP Feve et al

Traitement statistique

L'analyse de variance (Anova) des amplitudes des composantes des MRPs enregistr6es dans les diff6rentes d&ivations a 6t6 r6alis6e. Les facteurs de l'analyse sont l'fige (groupe Y e t groupe O), la distribution h6misph6rique (IHM et CHM).

R~sultats

La figure 2 m o n t r e u n exemple de potentiels corticaux li6s aux m o u v e m e n t s (MRPs) de flexion d u p o i g n e t droit enregistr6s chez u n sujet j e u n e (Y) de 30 ans et u n sujet fig6 (O) de 65 ans. L a figure 3 r6sume les donn6es o b t e n u e s chez u n groupe de sujets j e u n e s - g r o u p e Y - (N = 14) et chez u n groupe de sujets fig6s - g r o u p e O (N = 4), en p o r t a n t en abscisses les latences et en ordonn6es les amplitudes des diverses c o m p o s a n t e s des M R P s . Leur analyse d6taill6e est m o n t r 6 e dans les t a b l e a u x I e t II. L a t e n c e s des c o m p o s a n t e s du M R P

Les d6buts des M R P s (latence BP) sont respectivement de ( m o y e n n e _+ SD) > 1 224 + 335 ms et 1 207 + 261 ms a v a n t le m o u v e m e n t p o u r les groupes Y et O. Leur diff6rence n ' e s t pas significative. E n revanche, le pic NS1, qui m a r q u e le d6but de la v a r i a t i o n n6gative NS2, est plus proche d u d6but du m o u v e m e n t p o u r les sujets du groupe Y. L a diff6rence des latences N S I p o u r les groupes Y e t O est significative s t a t i s t i q u e m e n t (t = 3,18; P < 0,01). L a latence d u pic n6gatif N1 n ' e s t pas diff6rente p o u r les deux groupes. E n f o n c t i o n de ces rep~res de temps, o n observe que la dur6e de la v a r i a t i o n n6gative NS2 est plus br~ve chez les sujets j e u n e s - g r o u p e O - (t = 4,28; P < 0,001).

Tableau I. Moyennes et d6viations standard (en ms) des Mtences des diff6rentes composantes des potentiels corticaux li6s au mouvement en Cz chez les sujets jeunes (Y) et vieux (O), tous droitiers. Groupe Y (N = 14) Moyenne ifcart type

BP NS1 : - latence du pic - dur6e NI: latence du pic - dur6e de NS2 MP (latence du pic)

Groupe 0 (PC = 14) Moyenne ifcart type

Significativit~ P

- 1224

335

- 1207

261

NS

- 371 855

61 330

- 464 743

90 236

< 0,01 NS

78 292 57

32 63 41

-

-

49

22

416 84

87 52

0,01 < 0,001 NS