Relationship between brain structure and function prior to open heart surgery in newborns with complex congenital heart defects

Infants with complex congenital heart defects (CHD) show evidence of impaired brain growth as well as neurobehavioural abnormalities prior to undergoing open heart surgery. The aim of this study was to evaluate the relationship between neurobehavioural performance and brain volume as well as white matter microstructure in full-term newborns with complex CHD before cardiac surgery using a standardized neurobehavioural assessment and quantitative magnetic resonance imaging (MRI) measures. Thirty-five newborns (>36 weeks gestational age) were evaluated. Advanced three-dimensional, volumetric MRI was used to measure global and tissue-specific brain volumes. In addition, the integrity of the corpus callosum, corticospinal tracts, and optic radiations was quantified using diffusion tensor imaging and post-acquisition fibre-tracking techniques to measure fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (Dav). Neurobehavioural status was evaluated with the Einstein Neonatal Neurobehavioural Assessment Scale (ENNAS). Reduced subcortical gray matter volume (SCGM) and increased cerebrospinal fluid volume (CSF) were associated with abnormal behavioural state (SCGM, p=0.04; CSF, p=0.007) and visual orienting (CSF, p=0.003) on the ENNAS. Lower Dav in the optic radiations was associated with overall ENNAS score (p=0.02) and active motility (p=0.006). Stratification for cardiac physiology revealed further associations between neurobehavioural performance and brain volumes as well as microstructure. This study demonstrates associations between impaired brain development and neurobehavioural abnormalities in newborns with complex CHD, extending our understanding of early brain structure and function in this population, and emphasizing the importance of early screening and intervention in order to improve developmental outcomes and quality of life.Les enfants ayant une malformation cardiaque congénitale (MCC) sont à risque de présenter un trouble de la croissance cérébrale ainsi que des problèms neurocomporatementaux avant même d'avoir subi une chirurgie cardiaque. L'objectif de cette étude était d'évaluer, dans le contexte préopératoire, les relations existant entre le comportement, le volume cérébral et la microarchitecture de la substance blanche chez les nouveau-nés présentant une MCC complexe en utilisant une évaluation neurocomportementale standardisée et des mesures quantitatives d'imagerie par résonnance magnétique (IRM). Trente-cinq nouveau-nés d'âge gestationnel supérieur à 36 semaines ont été évalués. Une technique de volumétrie cérébrale tridimensionnelle par IRM a été utilisée pour mesurer le volume cérébral régional et total. De plus, l'intégrité du corps calleux, du faisceau corticospinal et de la radiation optique a été quantifiée au moyen de la technique de tractographie par IRM en tenseur de diffusion qui permet de mesurer la fraction d'anisotropie (FA) et la diffusivité moyenne (Dmoy). Le statut neurocomportemental a été évalué à l'aide du Einstein Neonatal Neurobehavioural Assessment Scales (ENNAS). Une diminution de volume de la substance grise sous-corticale (SGSC) et une augmentation du liquide céphalorachidien (LCR) étaient associées avec des anomalies neurocomportementales hors norme (SGSC, p=0.04; LCR, p=0.007) de même qu'une orientation visuelle déficitaire (LCR, 0=0.003) tels que évalués par le ENNAS. Une faible Dmoy de la radiation optique était corrélée avec le score global du ENNAS (p=0.02) et avec une plus grande activité motrice (p=0.006). Des analyses de stratification selon le type d'anomalie morphologique cardiaque ont révélé d'autres associations entre la performance neurocomportementale et le volume et la microarchitecture cérébrale. Cette étude confirme de l'existence d'associations significatives entre l'altération du développement du cerveau et la présence d'anomalies neurocomportementales chez les nouveau-nés avec une MCC complexe. Ces résultats apportent une meilleure compréhension du développement des structures cérébrales et de leurs fonctions chez cette population tout en mettant l'emphase sur l'importance du dépistage et de l'intervention précoce afin de permettre un développement harmonieux et d'améliorer la qualité de vie