Titre en français

Explorations et imageries fonctionnelles non invasives et écologiques du carrefour aérodigestif supérieur

Titre en anglais

Non Invasive Functional Explorations and Imaging of the Upper Aerodigestive Tract

Auteur

Gallois, Yohan (1988-....)

Directeur de recherche

Woisard, Virginie

Co-directeur de recherche

Gaillard, Pascal (19..-.... ; linguiste)

Date de soutenance

10 mars 2025

Établissement

Université de Toulouse

Université Toulouse-Jean Jaurès

École doctorale

CLESCO : Comportement, Langage, Éducation, Socialisation, Cognition

Diplôme

Doctorat en Neurosciences

Unité de recherche

Laboratoire de NeuroPsychoLinguistique - LNPL

Sujet

Sciences cognitives

Alimentation et nutrition

Mots-clés en français

Carrefour aérodigestif

Déglutition

Imagerie neurofonctionnelle

Spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge

Acoustique cervicale

Explorations fonctionnelles non invasives

Mots-clés en anglais

Upper aerodigestive tract

Swallowing

Functional neuroimaging

Functional near infrared spectroscopy

Cervical acoustics

Non-invasive functional explorations

Résumé en français

Le carrefour aérodigestif est une structure complexe qui participe à plusieurs fonctions essentielles de la vie quotidienne comme la respiration, la déglutition et la phonation. Les explorations fonctionnelles de ce carrefour sont à l’heure actuelle essentiellement soit invasives (fibroscopie pharyngolaryngée), irradiantes (radioscopie) ou réalisées en position allongée (imagerie fonctionnelle par résonance magnétique). Il existe donc un réel besoin de développer des méthodologies d’exploration tant cervicale que cérébrale non invasive et dans des conditions naturelles. Ceci permettrait d’explorer la physiologie et la physiopathologie du carrefour et plus spécifiquement de la déglutition en condition de vie normale.
L’objet du présent travail est de proposer un protocole de mesure des activités cervicales et cérébrales associées aux fonctions du carrefour aérodigestif en condition écologique et de mettre en corrélation la physiologie cervicale observable avec ces corrélats neurologiques. En nous appuyant sur les données de revues narrative et systématique de la littérature, nous proposons un protocole innovant de mesures cervicales et corticales de ces fonctions. L’exploration cervicale s’appuie sur des mesures acoustiques.
L’exploration corticale s’appuie sur la spectroscopie fonctionnelle proche infrarouge (fNIRS). Nos hypothèses sont que 1) l’activité corticale de déglutition diffère en condition volontaire et spontanée ; 2) que le type de bolus et la qualité des déglutitions sont corrélés à la réponse corticale associée ; 3) que le réseau neurofonctionnel de la déglutition diffère de celui des autres fonctions du carrefour ; 4) que différents profils physiopathologiques doivent s’accompagner de différences d’activités.
Nos objectifs sont de 1) comparer les activités de déglutition en condition volontaire et spontanée ; 2) Mettre en corrélation l’activité corticale avec les caractéristiques des signaux cervicaux de la fonction de déglutition ; 3) Comparer le réseau cortical mesuré en fNIRS des différentes fonctions du carrefour ; 4) Comparer les activités cervicales et corticales de sujets ayant présenté des accidents de déglutition lors du test avec des sujets sans symptômes.
Nous avons appliqué ce protocole de mesures acoustiques et fNIRS synchronisées sur une population de 12 sujets sains qui ont réalisé différentes tâches de déglutition (salive volontaire ou spontanée, eau, textures et volumes différents), de hemmage, de toux, de phonation, de mastication. Nos mesures de durées acoustiques, de latences et d’amplitude d’activité corticale illustrent les différences d’activité pour chaque tâche et confirment nos hypothèses. En particulier l’activité corticale varie entre les tâches de déglutition spontanée et volontaire au niveau des aires prémotrices et péricentrales. Les caractéristiques de la déglutition semblent corrélées à l’activité corticale de la région péricentrale. Le réseau cortical de la déglutition diffère des autres tâches bien que ces réseaux soient partagés. Enfin nous avons observé des comportements différents au sein de notre population de sujets sains, en relation avec des différences d’activités cervicale et corticale.
Nos données permettent de valider notre protocole, mais illustrent aussi les besoins d’études de physiologie du carrefour qui reste assez peu connue à l’heure actuelle. Nos résultats suggèrent en outre que notre protocole pourrait être utilisé en condition physiopathologique, notamment chez l’enfant dysphagique et le prématuré.

Résumé en anglais

The upper aerodigestive tract is a complex structure involved in several essential functions of daily life, such as breathing, swallowing, and phonation. Functional explorations of this junction are currently mainly either invasive (pharyngolaryngoscopy), radiative (fluoroscopy), or performed in a lying position (functional magnetic resonance imaging). There is therefore a real need to develop non-invasive exploration methodologies for both cervical and cerebral activities under natural conditions. This would allow for the exploration of the physiology and pathophysiology of the junction, and more specifically swallowing, in normal life conditions.
The aim of this work is to propose a protocol for measuring cervical and cerebral activities associated with the functions of the upper aerodigestive tract under ecological conditions, and to correlate the observable cervical physiology with its neurological correlates. Based on data from narrative and systematic literature reviews, we propose an innovative protocol for measuring these functions both at the cervical and cortical levels. The cervical exploration is based on acoustic measurements, while the cortical exploration relies on functional near-infrared spectroscopy (fNIRS). Our hypotheses are that: 1) cortical swallowing activity differs between voluntary and spontaneous conditions; 2) the type of bolus and the quality of swallowing are correlated with the associated cortical response; 3) the neurofunctional network of swallowing differs from that of other upper aerodigestive tract functions; 4) different pathophysiological profiles should be associated with differences in activities.
Our objectives are: 1) to compare swallowing activities in voluntary and spontaneous conditions; 2) to correlate the cortical activity with the characteristics of cervical swallowing signals; 3) to compare the cortical network measured by fNIRS across different upper aerodigestive tract functions; 4) to compare cervical and cortical activities in subjects who have experienced swallowing accidents during evaluations with those without symptoms.
We applied this protocol of synchronized acoustic and fNIRS measurements with a population of 12 healthy subjects who performed different swallowing tasks (voluntary or spontaneous saliva, water, different textures, and volumes), throat clearing, coughing, phonation, and chewing. Our measurements of acoustic durations, latencies, and cortical activity amplitudes illustrate the differences in activity for each task and confirm our hypotheses. In particular, cortical activity varies between spontaneous and voluntary swallowing tasks at the premotor and pericentral areas. Swallowing characteristics appear to be correlated with cortical activity in the pericentral region. The cortical network of swallowing differs from that of other tasks, although these networks are shared. Finally, we observed different behaviors within our population of healthy subjects, related to differences in cervical and cortical activities.
Our data validate our protocol, but also highlight the need for further studies on the physiology of the upper aerodigestive tract, which remains poorly understood at present. Our results also suggest that our protocol could be used in pathophysiological conditions, particularly in dysphagic children and premature infants.