Imagerie Cérébrale

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Imagerie Cérébrale

Imagerie cérébrale

IRM d'une tête, de haut en bas.
Patient ayant une macrocéphalie familiale bénigne.
3-D MRI d'une section de la tête.

L'imagerie c√©r√©brale (dite aussi neuro-imagerie) d√©signe l'ensemble des techniques issues de l'imagerie m√©dicale qui permettent d'observer le cerveau, en particulier lorsque qu'un individu ex√©cute une t√Ęche cognitive.

Sommaire

Historique

L'observation du cerveau par autopsie était imprécise et incomplète, du fait notamment de l'observation post mortem d'un organe figé, laquelle ne pouvait rendre compte du déplacement des tumeurs cérébrales à l'origine de troubles cognitifs, comme l'aphasie. Le développement des techniques d'imagerie médicale couplé aux méthodes de la psychologie cognitive et expérimentale (par exemple, la psycholinguistique) a permis d'observer in vivo l'activité électrique et les flux sanguins dans le cerveau, dont les variations permettent de déterminer les zones cérébrales sollicitées par différents processus cognitifs. Les outils de la neuroimagerie (IRM, tomographie à émission de positrons, électroencéphalographie, magnétoencéphalographie,...) ont ainsi largement participé aux progrès des sciences cognitives depuis les années 1990 (voire avant, dès les années 1950 pour l'électroencéphalographie), contribuant à ce qu'on a appelé la décennie du cerveau.

Les différentes techniques d'imagerie cérébrale

Neuroimagerie structurelle

Objectifs de la neuroimagerie structurelle

L'imagerie structurelle (dite aussi anatomique) cherche à identifier, localiser et mesurer les différentes parties de l'anatomie du système nerveux central. Dans la pratique médicale clinique, elle permet d'identifier la localisation et l'extension d'une lésion cérébrale dans une visée diagnostique et/ou d'intervention chirurgicale.

Dans le cadre de la recherche en neurosciences cognitives. L'imagerie structurelle apporte des √©l√©ments pour interpr√©ter les observations comportementales en neuropsychologie. En d√©terminant √† quelles l√©sions correspond un d√©ficit cognitif donn√©, il est possible d'√©tablir que la r√©gion c√©r√©brale l√©s√©e intervient dans le m√©canisme sous-jacent. Ainsi, c'est en observant, post mortem, que le cerveau d'un patient devenu incapable de parler √† la suite d'un accident vasculaire c√©r√©bral pr√©sentait une zone d√©truite dans le lobe frontal gauche, que Paul Broca d√©duisit le r√īle de cette r√©gion dans les processus de langage.

Plus récemment, avec l'augmentation de la précision des mesures, il est devenu possible de corréler la mesure du volume (ou de la densité de neurones) d'une région cérébrale avec des résultats comportementaux. Ainsi, une étude a montré qu'une structure cérébrale impliquée dans la mémoire spatiale, l'hippocampe (cerveau), était plus développée chez les chauffeurs de taxis londoniens que dans la moyenne de la population, et ce d'autant plus qu'ils conduisaient depuis longtemps[1].

Outils de la neuroimagerie structurelle

Neuroimagerie fonctionnelle

Objectifs de la neuroimagerie fonctionnelle

L'imagerie fonctionnelle cherche √† caract√©riser le cerveau en action. L'usage traditionnel de ces m√©thodes consiste √† faire effectuer une t√Ęche cognitive √† un individu et √† mesurer le signal produit par l'activit√© c√©r√©brale. Suivant les techniques et les outils math√©matiques employ√©s, il est possible de retrouver, avec plus ou moins de pr√©cision, quelle r√©gion du cerveau √©tait particuli√®rement active et √† quel moment de la t√Ęche cognitive.

Outils de la neuroimagerie fonctionnelle

  • L'imagerie par r√©sonance magn√©tique fonctionnelle (IRMf) consiste √† mesurer le signal BOLD qui refl√®te le taux d'oxyg√©nation du sang dans le cerveau. Par un m√©canisme encore mal expliqu√©, appel√© r√©ponse h√©modynamique, l'afflux de sang oxyg√©n√© augmente dans les r√©gions qui consomment de l'√©nergie. Ainsi, il est possible, par cette m√©thode, de conna√ģtre avec une grande pr√©cision quelles r√©gions du cerveau sont sp√©cialement actives lors d'une t√Ęche donn√©e. Depuis les ann√©es 2000, la technique de l'IRM fonctionnelle √©v√©nementielle donne acc√®s √† la dynamique du signal BOLD (avec une r√©solution temporelle d'environ une seconde) mais cela reste bien plus lent que la dynamique des processus cognitifs.
  • La tomographie par √©mission de positrons (TEP) consiste √† mesurer les modifications du d√©bit sanguin au moyen d'un traceur radioactif qu'il faut pr√©alablement injecter par voie intraveineuse. La diffusion du traceur et la modulation du d√©bit sanguin √©tant des ph√©nom√®nes relativement lents, cette technique ne donne pas acc√®s √† la dynamique des m√©canismes neuronaux. Ceci en fait une technique aujourd'hui de moins en moins utilis√©e pour l'imagerie fonctionnelle. Par contre en utilisant des radiotraceurs ayant une affinit√© avec certains neuror√©cepteurs, la TEP permet de mesurer s√©lectivement l'activit√© neuronale li√©e √† un m√©canisme physiologique pr√©cis.
  • L'√©lectroenc√©phalographie (EEG) fut la premi√®re m√©thode de neuroimagerie non invasive, mise au point en 1929, par le neurologue Hans Berger. Contrairement aux deux m√©thodes dites m√©taboliques, c'est une mesure directe de l'activit√© √©lectrique. L'EEG est relativement peu pr√©cise spatialement mais elle offre une r√©solution temporelle limit√©e seulement par la vitesse de l'√©lectronique de mesure. Une premi√®re approche consiste √† mesurer des potentiels √©voqu√©s : en r√©p√©tant une m√™me stimulation un grand nombre de fois, il est possible de mettre en √©vidence des ondes positives et n√©gatives caract√©ristiques des diff√©rentes √©tapes du processus traitement de l'information (e.g., N100, P300, N400). Une autre approche consiste √† mesurer les modifications des activit√©s rythmiques qui semblent jouer un r√īle fonctionnel important dans la cognition.
  • La magn√©toenc√©phalographie (MEG) offre une information relativement similaire √† l'EEG, mais elle mesure les champs magn√©tiques induits par l'activit√© c√©r√©brale. L'int√©r√™t de la MEG r√©side dans le fait que, contrairement aux champs √©lectriques, les champs magn√©tiques ne sont quasiment pas d√©form√©s par leur passage au travers des tissus organiques (notamment l'interface entre le liquide c√©phalo-rachidien et le cr√Ęne). Tout comme avec l'EEG, il est possible, via une analyse math√©matique du signal de reconstruire les sources du signal √©lectromagn√©tique. Cela permet d'identifier avec une plus ou moins grande pr√©cision les r√©gions d'o√Ļ sont √©mis les potentiels √©voqu√©s. Cependant, ces techniques de localisation spatiale allongent consid√©rablement le temps de traitement des donn√©es et restent encore marginales.


  • L'Imagerie optique

Comparaison des différentes méthodes

L'IRMf partage avec le TEP l'avantage d'une bonne r√©solution spatiale, et offre en outre une bonne r√©solution temporelle puisque son usage ne repose pas sur la dur√©e de vie d'un produit. N√©anmoins, l'IRMf partage √©galement les inconv√©nients du TEP : innocuit√© inconnue et m√©thode invasive, le patient devant √™tre allong√© et la machine produisant un bruit infernal.

L'EEG et la MEG ne sont pas invasives car elle ne contraigne que fort peu le sujet, l'application des électrodes étant indolore. Elles offrent également une bonne résolution temporelle. Néanmoins, la résolution spatiale de ces méthodes reste mal caractérisée.

Un exemple d'expérience psycholinguistique utilisant l'EEG

Après apposition des électrodes, les sujets sont confrontés à des expériences de transgression sémantique et syntaxique. Dans le premier cas, une onde négative (appelée N400) est émise environ 400 ms après le stimulus transgressif correspondant à l'anomalie sémantique. Dans le second cas, une onde positive (appelée P600) est émise environ 600 ms après le stimulus correspondant à l'anomalie syntaxique.

Cela indique que l'activité sémantique précède l'activité syntaxique, du moins chez les sujets sains. Chez les patients aphasiques, l'onde N400 étant plus tardive et de moindre amplitude, leur accès à l'information sémantique serait plus lent.

Références

  1. ‚ÜĎ E.A. Macguire et al, ¬ę Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers ¬Ľ, PNAS, 97 (2000), 4398-4403 [(en) lire en ligne]

Voir aussi

Articles connexes


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