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ESIL 2008. Dualité des premières cartographies De Gall à Brodmann.

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1 ESIL 2008

2 Dualité des premières cartographies De Gall à Brodmann

3 Contribution de la neuropsychologie Aires corticales impliquées dans le langage selon la classificassion de Brodmann

4 Approche histologique

5 CC Cortex visuel Cortex auditif Limites de lhistologie corticale Couches corticales misent en évidence par la coloration de Nissl.

6 Cartographie de lactivité métabolique par la Cytochrome oxydase

7 Exemple : cartographie du cortex somatosensoriel structures « en tonneau » Le « ratonculus » Implantation des vibrisses

8 Daprès Koshiba et al., 2005 Identification des structures actives et de leurs interconnections Exemple dun traçage des voies visuelles chez loiseau. La détection consiste en lutilisation de traceurs fluorescents dans les structures activées.

9 Daprès Ikemoto et Wise., 2004 Utilisation de la pharmacologie pour la cartographie fonctionnelle des structures cérébrales

10 Daprès Ikemoto et Wise., 2004 Localisation des effets de lauto-injection de carbachol (agoniste cholinergique) dans le mésencéphale dans le mésencéphale

11 Les méthodes de cartographie fonctionnelle : Electrique Métabolique EEG / MEG SPECT / TEP / IRMf

12 Notion de compromis méthodologique : 1 - In vivo vs. Ex vivo 2 – Aigu vs. Chronique 3 - Résolution

13 Cartographies basées sur le deplacement de charges électriques. Ces techniques ont une excellente résolution temporelle. EEG MEG

14 Les techniques de cartographie basées sur le métabolisme cérébral ont une excellente résolution spatiale : TEP, IRMf…

15 Couplage entre lactivation neuronale et la réponse hémodynamique Effet BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent)

16 Lélectroencéphalogramme

17 Mesure de lactivité électrique dune population neuronale

18 Malheureusement… Lactivité enregistrée ne correspond pas à : toute lactivité cérébrale mais essentiellement à lactivité corticale toute lactivité corticale mais essentiellement à lactivité des neurones pyramidaux toute lactivité des neurones pyramidaux mais essentiellement à lactivité dendritique toute lactivité dendritique mais seulement à sa partie suffisamment synchrone.

19 Tracés EEG obtenus au cours de différents états de vigilance. Lamplitude du tracé et sa fréquence varient en fonction du niveau de vigilance. Plus le niveau de vigilance diminue, plus lamplitude augmente et la fréquence diminue. DELTA : < 4 Hz (sommeil profond, coma) THETA : 4-8 Hz (activité limbique : mémoire et émotions) ALPHA : 8-12 Hz (sujet alerte, sans traitement actif de linformation) BETA : Hz (sujet alerte, traitement actif de linformation) GAMMA : > Hz (pourrait être relié à la conscience, c-à-d le lien entre différentes régions cérébrales pour former un concept cohérent) Les fréquences des ondes cérébrales sétendent de 0.25 Hz à ~ 60 Hz. Profils de fréquences associés à certaines activités :

20 Epilepsie

21 = Stimulus = Potentiel évoqué par le Stimulus Le moyennage des potentiels évoqués

22 Nécessité dappliquer les stimulus à des délais identiques ! Et même à cette condition… la latence des réponses neuronales peut varier dun essai à lautre!!

23 La reconstruction des images Problème de la localisation des sources Cortex Cuir chevelu Recouvrements dans lespace (et recouvrements dans le temps)

24 Il faut essayer de séparer les sources :Filtrage spatial Méthodes statistiques La reconstruction des images

25 La magnéto-encéphalographie

26 Mesure des champs magnétiques induits par lactivité électrique des neurones. On enregistre directement à la surface du crâne les champs magnétiques émis par lactivité des neurones. Le principe de base Magnétomètre

27 Les capteurs (248/306) sont regroupés dans un casque. Les capteurs sont reliés à des SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) = dispositif supraconducteur, refroidis à lhélium liquide (-271°C). Les SQUID permettent de mesurer des champs magnétiques très faibles ( T) On trace ensuite lamplitude des champs magnétiques en fonction du temps Linstrumentation MEG

28 Lenvironnement technique de la MEG Cage en μ-métal (imperméable à tout champ magnétique extérieur) Cage de Faraday Appareils de stimulation amagnétiques Élimination des perturbations électriques Démagnétisation de tous les objets Démagnétisation des sujets

29 MEG & EEG: quelles différences ?

30

31 Imagerie par résonance magnétique

32 0.2 T 3 T Il diminue avec lintensité du champ magnétique : Les parametres de lIRM Le contraste : Différence de signal entre 2 régions adjacentes La résolution spatiale IRM clinique : taille dun voxel : 1´1´5 mm Micro-imagerie : taille dun voxel : 0.2´0.2´1 mm La résolution temporelle : de lordre de la seconde

33 Os Eau Substance blanche Substance grise Graisse Oedème Pondération T1Pondération T2 Os Différents types de contraste Les parametres de lIRM

34 Augmentation de lactivité électrique neuronale Augmentation du métabolisme (diminution des réserves en glucose et en O) Augmentation du flux sanguin (réponse hémodynamique) Augmentation de loxygénation sanguine ? Mesure du signal Modèle de changements physiologiques liés à lactivité cérébrale: La méthode dIRMf: Bases physiologiques du couplage de lactivité métabolique et hémodynamique

35 Loxyhémoglobine possède des propriétés diamagnétiques O2O2O2O2 O2O2O2O2 O2O2O2O2 O2O2O2O2 La désoxyhémoglobine possède des propriétés paramagnétiques : agent de contraste intrinsèque Diminution du signal RMN Pas de perturbation du signal RMN Lactivité hémodynamique

36 Miroir Vidéo- projecteur Ecran Champ magnétique Clavier ergonomique Câble blindé Cage de Faraday ordinateur Codage optique Fibres optiques Stimulation sensorielle (visuelle, auditive,...) et acquisition des réponses du sujet en temps réel Contrôle du déroulement de l'expérience Analyse des performances psychophysiques Les contraintes de la stimulation Environnement sonore : Bruit permanent Acquisition anatomique Séquences fonctionnelles Environnement spatial : Exiguité Isolement Stress

37 Exemple de résultat en IRMf : Cartographie des aires corticales impliquées dans lacquisition du langage chez lenfant. Daprès Hertz-pannier et al., 2004

38 La Tomographie par Emission de Positons

39 Le principe : La TEP est une méthode hémodynamique. Elle permet de visualiser les conséquences de lactivité des neurones sur le débit sanguin cérébral régional. On injecte dans le sang un traceur radioactif. On observe la concentration de ce traceur dans le corps.

40 Le temps efficace pour tester une tâche est relativement court à cause de la période rapide de la source de radioactivité. Après chaque tâche, le sujet doit attendre plusieurs minutes pour que le niveau de radioactivité émis soit négligeable avant de recevoir une nouvelle dose pour la tâche suivante. Au cours dun examen fonctionnel, une douzaine dinjections de radio-isotope est nécessaire pour obtenir une bonne carte des activations cérébrales. Les doses de radioactivité reçues par un sujet durant une session de TEP sont peu élevées, mais on ne permet tout de même quune seule session par année à un même sujet. Contraintes de la TEP Inconvénients : Invasif : radioactivité Multiples injections (délai) Faible signal Résolution temporelle ~ min Avantages : Résolution spatiale ~ cm Acquisition 3D Marquage par différents traceurs : étude du devenir de différents métabolites

41 Fusion MEG/EEG et IRMf Pourquoi? Comment?

42 Les spécificités des différentes techniques

43 Intérêt de la fusion

44 Sans les électrodes Avec les électrodes La qualité des images IRM

45 Avant correction Après correction La qualité des signaux EEG

46

47 Combiner les techniques et améliorer les résolutions : EX 1 / IRMF / EEG Ex 2 : IRM / TEP

48 La fusion des techniques


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