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Techniques dimagerie cérébrale. Lélectroencéphalographie EEG Fournit un enregistrement continu de lactivité globale du cerveau. nombreuses implications.

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1 Techniques dimagerie cérébrale

2 Lélectroencéphalographie EEG Fournit un enregistrement continu de lactivité globale du cerveau. nombreuses implications cliniques Mais technique limitée pour les renseignements apportés sur les processus cognitifs. acquisition des potentiels évoqués (ERPs) La présentation multiple des stimuli permet datténuer, grâce à un moyennage des valeurs de lEEG obtenues pour chaque présentation, les variations de lactivité électrique cérébrale qui sont dépourvues de liens avec la stimulation. La particularité des réponses évoquées est la précision temporelle témoignant de de lactivité neuronale sous-jacente. En revanche, le problème de la localisation des structures est beaucoup plus difficile, et dautant plus pour les ondes tardives où diverses sources sont impliquées.

3 Ainsi, les potentiels évoqués conviennent mieux à létude du décours temporel des processus cognitifs quà lidentification des structures cérébrales. Développement de méthodes de modélisation. Une modélisation mathématique localisationniste peut être faite, par simplification des propriétés physiques du cerveau et des tissus de la tête ainsi que des caractéristiques électriques des neurones actifs. Les générateurs sont modélisés sous la forme de dipôles électriques. + - Dans la plupart des cas, il est nécessaire dutiliser plus dun dipôle pour obtenir un ajustement satisfaisant. Les potentiels résultent de lactivation, linteraction de plus dune aire cérébrale. Il devient difficile de trouver une solution unique.

4 La magnétoencéphalographie MEG Observe la distribution des champs magnétiques à la surface du crâne. Comme pour les potentiels évoqués, des champs évoqués (ERFs) peuvent être calculés synchronisés sur un événement. Cette technique dispose de la même résolution temporelle que celle des potentiels évoqués. Avantage supplémentaire = possède de meilleures capacités de localisation de source du signal. Les champs magnétiques ne subissent aucune distorsion en passant à travers le cerveau, le crâne et le cuir chevelu. De la sorte, il est possible de réaliser une modélisation moins « lourde » des générateurs.

5 Inconvénients de la MEG: Détection uniquement des sources de champs orientés parallèlement à la surface du crâne. Matériel onéreux = un appareil « tête entière » de 120 capteurs peut coûter plusieurs millions de dollars.

6 La TEP et lIRMf ne détectent pas directement les phénomènes nerveux mais les changements métaboliques corrélés avec lactivité nerveuse. Lénergie est apportée aux neurones par le glucose et loxygène circulant par le système sanguin. Cependant, le flux sanguin est le même en périodes de repos et dactivité. Le cerveau doit donc se réguler lui-même. Lorsquune aire cérébrale est active, le flux sanguin lui apporte davantage doxygène et de glucose. Elles permettent ainsi didentifier les régions du cerveau qui sont activées durant ces tâches et de tester les hypothèses de localisation proposées à partir des ERPs ou ERFs. Les progrès méthodologiques sont venus des nouvelles techniques dimagerie identifiant les corrélats anatomiques des processus cognitifs. = la TEP et lIRMf. Ces méthodes détectent les changements du métabolisme ou du débit sanguin cérébral au cours de tâches cognitives exécutées par le sujet.

7 La tomographie par émission de positons TEP Mesure les variations locales du débit sanguin cérébral corrélées avec lactivité mentale par introduction dun traceur dans la circulation. = élément radioactif ou isotope

8 Ce traceur possède un état instable qui lui permet de se désintégrer rapidement en émettant un positon de leur noyau. Quand ce positon rencontre un électron, la collision saccompagne de la formation de deux photons ou rayons gamma. Ces deux photons, émis en directions opposées, se déplacent à la vitesse de la lumière dans les tissus quils traversent sans dommage. Un scanner est alors utilisé pour repérer les photons permettant ainsi de déterminer lemplacement de la collision.

9 Lisotope le plus communément utilisé est l 15 O. Cet isotope est injecté sous la forme H 2 0 dans le sang pendant lexécution de la tâche. On peut aussi injecter du glucose radioactif. Certes, toutes les parties du corps vont absorber une certaine quantité de cet oxygène radioactif mais la TEP considère comme hypothèse fondamentale quil y a un accroissement du débit sanguin dans les régions du cerveau dont lactivité neuronale augmente. Dans ces conditions, les études dactivation utilisant la TEP ne mesurent pas lactivité métabolique absolue, mais une activité relative. Au cours dune expérience de TEP, il est nécessaire de faire au moins 2 injections de lisotope = la première durant la condition de « contrôle » et la seconde durant la condition « test ». Comme les traceurs circulent dans le sang, on peut en reconstruisant une image de toutes les collisions ayant eu lieu dans un plan donné, connaître la distribution du flux sanguin. Plus les radiations sont intenses, plus le débit sanguin est élevé.

10 Avec la génération la plus récente de scanners, les sujets peuvent recevoir jusquà 12 injections, chacune dun niveau de radioactivité faible de sorte que lexposition totale aux radiations équivaut à celle de 2 radiographies pulmonaires classiques. Cette technique révèle les changements dactivité métabolique des aires cérébrales en fonction de la manipulation expérimentale. Il nest pas nécessaire que la condition de contrôle soit une simple condition de repos (ou de fixation) = ce peut être une seconde tâche expérimentale. Limage des différences montre alors les aires qui sont plus actives au cours de la seconde tâche par rapport à la première et inversement. La TEP est une technique puissante pour la localisation des changements métaboliques. Les méthodes actuelles permettent une résolution de 5 à 10 mm. Coupe sagittale en TEP durant la tâche dimitation avec la main droite: lactivité principale a lieu dans le cortex visuel et lactivité secondaire dans le cervelet (coordination motrice).

11 Les clichés montrent un déplacement de lactivation du cortex visuel quand la position du stimulus passe dun endroit adjacent au point de fixation à des emplacements plus excentrés. Débit sanguin quand le sujet fixe un point central. Débit sanguin quand le sujet fixe un point central sur lequel vient se surimposer un damier. Débit sanguin quand le sujet fixe un point central à côté duquel un damier est projeté en position excentrée. Débit sanguin quand le sujet fixe un point central à côté duquel un damier est légèrement excentré.

12 Limagerie par résonance magnétique fonctionnelle IRMf Comme la TEP, lIRMf exploite le fait que le débit sanguin cérébral augmente dans les régions actives.

13 La technique est identique à celle de lIRM classique = des atomes sont mis en oscillation par des ondes radio et lon détecte les champs magnétiques locaux accompagnant leur retour à une orientation imposée par un champ magnétique externe. Résonance magnétique fonctionnelle dune femme de 24 ans durant une tâche de génération de mots. (Source : Dept. Neurology and Radiology, Münster) IRMfIRM

14 Ce sont donc des changements très faibles mais lon peut faire varier le signal magnétique en choisissant soigneusement ces conditions expérimentales. LIRMf présente lavantage de permettre de tester deux conditions en continu de manière alternée, alors quavec la TEP il était presque toujours nécessaire dintercaler une pause entre les conditions afin dassurer lélimination du traceur radioactif. LIRMf se fonde sur les propriétés magnétiques de lhémoglobine (possède un atome de fer), qui se combine avec loxygène sous la forme doxyhémoglobine pour le transporter dans le sang. Quand loxygène est absorbé par la cellule, elle se transforme en désoxyhémoglobine qui a des propriétés magnétiques plus marquées que loxyhémoglobine. Les détecteurs dIRMf mesurent alors le rapport dans lequel se trouve ces deux molécules, puis construit une carte des changements du débit sanguin local couplé à lactivité neuronique locale.

15 Avantages de lIRMf: - Lappareillage moins coûteux que la TEP. Moyennant quelques modifications mineures, les scanners utilisés dans la plupart des hôpitaux peuvent être adaptés pour des travaux dimagerie fonctionnelle. En remplaçant les aimants par dautres plus puissants, passant ainsi de 1,5 tesla à 2-4 teslas, on augmente la résolution spatiale de la machine. - En TEP, les algorithmes utilisés pour moyenner les données les reportent sur un cerveau « standardisé ». Avec lIRMf, il est possible dobtenir des images anatomiques à haute résolution sans modifier la position du sujet, permettant une localisation précise des événements métaboliques. Les derniers scanners dIRMf peuvent produire quatre photos par seconde du cerveau. Leur résolution est de lordre du millimètre. - Avec lIRM, la même machine peut fournir à la fois une image structurelle et fonctionnelle du même cerveau, facilitant ainsi les correspondances anatomo- fonctionnelles

16 Si lon découvre que lactivité métabolique dune aire cérébrale est corrélée avec une variation expérimentale, il nest pas toujours possible de faire des inférences quant à la contribution fonctionnelle de cette aire. corrélation ne signifie pas cause. Une aire peut être activée durant une tâche alors quelle ne joue aucun rôle essentiel dans son exécution. Elle peut simplement faire « écho » à dautres aires cérébrales exécutant les calculs essentiels. De ce point de vue, les travaux dimagerie cérébrale sont souvent guidés par dautres méthodologies. Le fait dobtenir des données convergentes avec des méthodes différentes donne aux conclusions que lon tire leurs bases les plus solides. Couplage de la résolution temporelle des potentiels évoqués avec la résolution spatiale de la TEP ou de lIRMf pour obtenir un tableau plus précis de lanatomie et de la physiologie des processus cognitifs.

17 TEP et IRMf sont toutes les deux « handicapées » par leur faible résolution temporelle. La TEP est fonction de la vitesse de désintégration de lélément radioactif. Même les plus rapides des isotopes, comme l 15 O, demande que lon prenne des mesures pendant une durée de 40 secondes si lon veut obtenir un nombre stable de désintégrations. Avec lIRMf, les opérations sont plus rapides, mais la synchronisation entre les changements cérébraux induits par la stimulation et ce que reflète le signal mesuré est encore loin dêtre parfaite. Ceci tient aussi au fait que les modifications du débit sanguin ne se font pas instantanément mais surviennent quelques secondes après la stimulation.


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