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Introduction partie I: Quest-ce que lIRM cérébrale? Kristina Martinu Centre de Recherche, Institut Universitaire de Gériatrie de Montréal & Université

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Présentation au sujet: "Introduction partie I: Quest-ce que lIRM cérébrale? Kristina Martinu Centre de Recherche, Institut Universitaire de Gériatrie de Montréal & Université"— Transcription de la présentation:

1 Introduction partie I: Quest-ce que lIRM cérébrale? Kristina Martinu Centre de Recherche, Institut Universitaire de Gériatrie de Montréal & Université de Montréal RAD6005 – Introduction à lIRMf

2 Plan du cours RAD6005, hiver conférences de 3 heures 5 travaux pratiques de 3 heures devant ordinateur 1 examen devant ordinateur (20%) 1 présentation en groupe (20%) 1 examen écrit (60%) 3 crédits 6 avril 18 avril 28 mars et 4 avril

3 Cours théoriques 1. (17 janvier) Introduction IRM et anatomie (Jean-Sebastien Provost) 2. (24 janvier) Introduction aux contrastes d'IRM (Dr. Rick Hoge) 3. (31 janvier) Reconstruction d'images (Dr. Rick Hoge) 4. (14 février) BOLD et devis expérimentaux 5. (21 février) Prétraitement 6. (7 mars) Analyses d'images IRMf 7. (14 mars) Normalisation 8. (21 mars) IRM structurelle 9. (28 mars) ***Présentations orales*** 10. (4 avril) Etudes de connectivité par IRMf (Dr. Pierre Bellec) 11. (11 avril) **Examen théorique**

4 Ateliers informatiques (Jean-Sebastien Provost et Ahmed Ibrahim) 1. Vérification des données et pré-traitement 2. Modèle linéaire 3. Moyennage et normalisation 4. Seuillage et visualisation des données 5. Repérage des zones et report des résultats 6. Examen pratique (données à analyser)

5 Résolutions temporelles et spatiales Chaque technique a une résolution temporale et spatiale différente.

6 Études anatomiques Études Fonctionnelles Études physiologiques Techniques dIRM Pas couverts dans ce cours

7 Notre Siemens 3T

8 Histoire La première image IRM a été publiée en 1973 La première image dun sujet humain a été complétée en 1977 et a pris presque 5 heures à acquérir En 2003, Dr. Paul Lauterbur et Sir Peter Mansfield ont reçu le prix Nobel pour leur découverte

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10 Bobine de radiofréquence La bobine de radiofréquence nous donne différents champs de vision dépendemment de sa forme

11 Principes de base de lIRM Aimant: Champ magnétique (B 0 ) très puissant (de 1 à 7T) et homogène, qui va inciter les protons dhydrogène à saligner. **Champ magnétique de la terre = T!!** Bobine de radiofréquence: envoie une impulsion (B 1 ) à la fréquence de résonance de lhydrogène. Après être entrés en état de résonance, ces protons reviennent à leur état de base à des vitesses différentes suivant le tissu dans lequel ils se trouvent. Ceci génère un contraste (p.ex. T1) Bobine de gradients: le signal généré par la RF ne nous donne pas dinformation spatial en temps que tel, ce sont les bobines de gradients alignées sur trois axes (x,y,z) qui nous permettent de le faire.

12 Spins des protons dHydrogène IRM: Principes de Base

13 Spins des protons dans le champ statique B 0 IRM: Principes de Base

14 Effets de radiofréquences en résonance IRM: Principes de Base

15 Temps de relaxation des spins (T 1 et T 2 ) IRM: Principes de Base

16 Temps de relaxation de T 1 et T 2 IRM: Principes de Base

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18 Principes de base de lIRM Gradients: Chaque gradient crée un champ dans une direction différente. Il y en a donc trois, pour couvrir les trois axes.

19 IRM: Sécurité Le champ magnétique B0 est toujours présent, même lorsque le scanner nest pas en marche. Ceci veut dire que tout métal est interdit à tout temps dans la salle dIRM

20 IRM: Sécurité

21 Différentes méthodes Anatomie Peut être lanatomie avec différents contrastes (T1, T2, MT), ou anatomie vasculaire Voxel-based morphometry Méthode pour regarder les différences de volume de matière blanche ou grise entre plusieurs cerveaux DTI (imagerie à tenseurs de diffusion) Sert à regarder les fibres de la matière blanche Spectroscopie Utilise les spins dautres molécules que lhydrogène (tel que le carbone) pour créer une image

22 Anatomie T1 MT

23 Anatomie vasculaire

24 Voxel Based Morphometry Brenneis et al., JNNP

25 Imagerie en tenseurs de diffusion (DTI)

26 Spectroscopie

27 Imagerie en résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)

28 Principes de base de lIRMf On connait une relation entre lactivité cérébrale et le taux dhémoglobine déoxygéné dans le sang Début des années 90, il a été découvert quune séquence dimpulsions produites par lIRM pourrait mesurer le taux dhémoglobine déoxygénée Ceci a donné naissance au Blood Oxygenation Level Dependent (BOLD) fMRI, ou T2*, qui nous donne une mesure indirecte de lactivité cérébrale

29 Principes de base de lIRMf

30 Pas de stimulus

31 Principes de base de lIRMf

32 Pour pouvoir visualiser un effet, il faut moyenner beaucoup de sujets avec beaucoup de runs chacun Lidéal est moins de sujets mais des heures de scan (bien sûr impossible)

33 Types de dessins expérimentaux et analyses

34 Dessins expérimentaux Block design (dessin en blocks) Comparaison de longues périodes (ex 16s) dune condition avec une longue période dune autre condition Approche traditionnelle Le plus puissant en termes statistiques Dépend moins du modèle hémodynamique créé Event-related design (dessin évènementiel): Comparaison de conditions à périodes courtes (ex 1s) Assez nouveau (date dà peu près 1997) Moins puissant statistiquement, mais a beaucoup davantages

35 Dessins expérimentaux Dessin en blocks Dessin évènementiel espacé Dessin évènementiel mixte

36 Analyses Correction du mouvement Chaque sujet bouge un peu pendant la session Si une structure est à une place au début et une autre à la fin, les analyses ne seront pas valides Smoothing, ou lissage Normalisation Chaque cerveau est différent, il faut quils se ressemblent pour pouvoir les comparer les uns aux autres Application dun modèle linéaire Création de cartes statistiques Pre- processing

37 Analyses

38 Connectivité Connectivité fonctionelle: On choisit une région dintérêt, et on voit quelles régions corrèlent avec On ne verrait pas de différence entre ces deux situations Connectivité effective: On choisit une région dintérêt et une région avec laquelle on pense quelle corrèle, et on regarde si cest une corrélation directe ou non On peut voir la différence entre ces deux situations

39 Connectivité Le but est didentifier les régions qui se co-activent – i.e. daprès le modèle linéaire, quelles régions varient ensemble?

40 Importance des hypothèses Science sans conscience nest que ruine de lâme! (François Rabelais) Une expérience sans question ou hypothèse ne sert pas à grand chose et peut être coûteuse! Limportant cest la question, si lIRMf peut y répondre. Il faut savoir faire des dessins expérimentaux appropriés.

41 Importance des hypothèses We are also believers in good old-fashioned experimental design, like those dreaded psychophysicists that you keep mentioning. We try to teach our students that the most amazing patient or the most advanced method is useless if you dont design the experiments right. Which may seem obvious, but apparently it isnt always! I worry that many of my colleagues have become so entranced with neuroimaging that they think cognitive neuroscience is just cognitive neuroimaging. This is really unfortunate because there are fundamental questions that imaging cant answer and patient-based research can. Prof. Martha Farah

42 Variations dans lIRMf Attention: Attention les différences BOLD entre 2 groupes surviennent des différences dactivité neuronale, mais aussi différences dans le métabolisme chez les individus. Cette différence augmente si lon compare des individus dâge différent ou atteints de maladies différentes Certains chercheurs essaient de répondre à cette question, en faisant dautres types dacquisitions qui sintéressent plus spécifiquement au métabolisme (ex Dr. Rick Hoge au CRIUGM)

43 Paramètres Nécessaires lors de la Publication dArticles en IRMf

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54 Théorie proposée Monitoring/association Comparaison/SélectionAssociationstimulus/action Organisation dans la mémoire de travail Planification, sélection ou exécution dune nouvelle action Niveaux Putamen CORTEXPréfrontal Caudé ventral Caudé dorsal Dorsal 9, 46 Ventral47/12 Postérieur int 6, 8, 44 STRIATUM

55 Montreal Card Sorting Task, Étude I Cue card Retrieval w/o shift Retrieval w/ shift vs Monchi et al., Ann. Neurol., 2006 Prédictions avec changement: CPF-VL+ Noyau caudé sans changement: CPF-VL, PAS de striatum

56 Montreal Card Sorting Task Changement de règle continu Matching according to colour Matching according to number Condition contrôle Prédictions Changement de règle continu: CPF-VL, PAS de striatum

57 IRMf MCST: Contrôles en santé 3 7T-stat Cue Card Cue Card Retrieval NO shift Retrieval NO shift VS Control Cue Card Cue Card Retrieval WITH shift Control VS X = 18 Continuous shift Control VS Y = -4 VL-PFC Caudate VL-PFC No striatum VL-PFC No striatum Monchi et al. Feb 2006, Annals of Neurology

58 Continuous shift Retrieval WITH shift VS Retrieval WITH shift VS Retrieval NO shift Retrieval NO shift fMRI MCST: Healthy Controls X = T-stat Caudate Le noyau caudé nest pas particulièrement impliqué dans le changement de règle en soi, mais dans la planification dune nouvelle action. Monchi et al. Feb 2006, Annals of Neurology Cue Card Cue Card 3 5 T-stat X = 12 CaudatePutamen

59 Lecture recommandée Functional Magnetic Resonance Imaging, de Scott A. Huettel, Allen W. Song et Gregory McCarthy $ sur amazon.ca, ou à la bibliothèque du CRIUGM Diapositives:


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