{"id":2700,"date":"2023-03-13T14:45:34","date_gmt":"2023-03-13T13:45:34","guid":{"rendered":"https:\/\/www.blog-lecerveau.org\/?p=10898"},"modified":"2023-03-20T14:46:55","modified_gmt":"2023-03-20T13:46:55","slug":"10898","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blog-lecerveau.org\/debutant\/2023\/03\/13\/10898\/","title":{"rendered":"Journal de bord de notre cerveau \u00e0 tous les niveaux : fonctionnement et principes physiques derri\u00e8re quelques techniques d\u2019imagerie c\u00e9r\u00e9brale"},"content":{"rendered":"

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\u00c9tant toujours dans la phase de relecture finale de mon livre<\/a><\/span> jusqu\u2019\u00e0 la fin du printemps, je continue son \u00ab journal de bord<\/a><\/span> \u00bb en y publiant certains encadr\u00e9s qui n\u2019ont pu, faute d\u2019espace, trouver leur place dans le bouquin<\/a><\/span>. Celui-ci entretenant d\u00e9j\u00e0 des rapports \u00e9troits avec le site web Le cerveau \u00e0 tous les niveaux<\/em> et son blogue gr\u00e2ce \u00e0 diff\u00e9rents renvois, cette conversion ne fait donc qu\u2019\u00e9tendre une approche d\u00e9j\u00e0 pr\u00e9sente depuis le d\u00e9but du projet. Je poursuis donc aujourd\u2019hui le \u00ab nettoyage \u00bb du chapitre 5 avec un encadr\u00e9 sur le mode de fonctionnement et les principes physiques derri\u00e8re quelques techniques d\u2019imagerie c\u00e9r\u00e9brale pr\u00e9sent\u00e9es dans le livre, soit l\u2019imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique (IRM), la tractographie ou IRM de diffusion, la tomographie par \u00e9mission de positrons<\/em> (TEP ou PET scan<\/em>, en anglais) et l\u2019imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique fonctionnelle (IRMf).<\/p>\n

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En quelques mots, le principe de fonctionnement de l\u2019imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique (IRM)<\/a><\/strong><\/span>, va comme suit. Le champ magn\u00e9tique de l\u2019appareil de r\u00e9sonance magn\u00e9tique va aligner celui, beaucoup plus faible, de chaque proton des atomes d\u2019hydrog\u00e8ne contenus dans l\u2019eau des diff\u00e9rents tissus de l\u2019organisme. La r\u00e9gion dont on veut avoir une image est ensuite bombard\u00e9e par des ondes radios qui vont \u00ab\u00a0d\u00e9senligner\u00a0\u00bb ce que le champ magn\u00e9tique avait align\u00e9 au niveau des protons. \u00c0 l\u2019arr\u00eat des ondes radios, les protons retournent alors \u00e0 leur alignement original en \u00e9mettant un faible signal radio\u00a0: c\u2019est la fameuse \u00ab r\u00e9sonance magn\u00e9tique \u00bb. L\u2019intensit\u00e9 de la r\u00e9sonance magn\u00e9tique est proportionnelle \u00e0 la densit\u00e9 des protons dans le tissu, et par cons\u00e9quent \u00e0 son taux d\u2019hydratation. Des capteurs sp\u00e9ciaux relaient cette information \u00e0 un ordinateur qui combine ces donn\u00e9es pour cr\u00e9er des images de coupe du tissu dans diff\u00e9rentes orientations.<\/p>\n

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Le fonctionnement de la tractographie ou IRM de diffusion<\/span><\/a> <\/strong>(p.49 \u00e0 59) s\u2019appuie pour sa part sur le fait que les mol\u00e9cules subissent un mouvement de diffusion \u00e0 cause de l’agitation thermique. C\u2019est essentiellement la diffusion des mol\u00e9cules d\u2019eau qui va \u00eatre enregistr\u00e9e gr\u00e2ce \u00e0 un appareil d\u2019IRM. Normalement, s\u2019il n\u2019y a pas d\u2019obstacles, l\u2019agitation se fait dans toutes les directions. Mais elle peut \u00eatre contrainte par des tissus biologiques et se retrouver \u00e0 s\u2019agiter dans une direction plut\u00f4t qu\u2019une autre. C\u2019est ce qui arrive \u00e0 proximit\u00e9 des faisceaux d\u2019axones o\u00f9 ces mol\u00e9cules se retrouvent \u00e0 s\u2019agiter tr\u00e8s l\u00e9g\u00e8rement dans le m\u00eame axe que les fibres nerveuses tout simplement parce qu\u2019il y a moins d\u2019obstacles dans ce sens-l\u00e0. Eh bien aussi incroyable que cela puisse para\u00eetre, on r\u00e9ussit avec des calculs complexe \u00e0 cerner une direction pr\u00e9f\u00e9rentielle d\u2019agitation pour chaque petit voxel cubique que l\u2019IRM enregistre<\/a><\/span><\/strong>, l\u2019\u00e9quivalent du pixel d\u2019une image en 2D pour le 3D. Et en reliant ensuite tous les voxels qui vont dans la m\u00eame direction, on obtient une ligne dont la trajectoire r\u00e9v\u00e8le la pr\u00e9sence d\u2019un faisceau d\u2019axone \u00e0 cet endroit ! Ensuite, il s\u2019agira d\u2019assigner une couleur aux fibres selon un code de couleur repr\u00e9sentant les trois axes d\u2019un espace tridimensionnel.<\/p>\n

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Pour comprendre un peu le principe de fonctionnement de la tomographie par \u00e9mission de positrons<\/span><\/a><\/strong> (TEP ou PET scan<\/em>, en anglais), il faut savoir que les fameux positons \u00e9mis par la d\u00e9gradation radioactive d\u2019une substance pr\u00e9alablement inject\u00e9e au sujet est une particule \u00e9l\u00e9mentaire ayant la m\u00eame masse qu\u2019un \u00e9lectron mais une charge de signe oppos\u00e9. D\u00e8s qu\u2019ils sont \u00e9mis, ils vont donc imm\u00e9diatement s\u2019annihiler avec les \u00e9lectrons des atomes voisins. Cette annihilation produit de l\u2019\u00e9nergie qui prend la forme de deux rayons gamma \u00e9mis dans des directions diam\u00e9tralement oppos\u00e9es. Le PET scan<\/em> poss\u00e8de une s\u00e9rie de d\u00e9tecteurs plac\u00e9s autour de la t\u00eate du sujet qui sont capables d\u2019enregistrer les couples de rayons gamme \u00e9mis. Par la suite, des calculs faits par un ordinateur permettent d\u2019identifier pr\u00e9cis\u00e9ment dans l\u2019espace leur lieu d\u2019\u00e9mission. Le PET<\/em> \u00e9tant coupl\u00e9 \u00e0 un scanner classique \u00e0 rayons X, on peut superposer les deux cartes et voir dans quelles structures c\u00e9r\u00e9brales ont eu lieu les activations. L\u2019ordinateur g\u00e9n\u00e8re un code de couleur selon l\u2019intensit\u00e9 du signal et on peut donc manipuler les images en 3D tout en voyant l\u2019\u00e9tendue et l\u2019intensit\u00e9 des r\u00e9gions activ\u00e9es.<\/p>\n

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Finalement, pour expliquer le principe de fonctionnement de l\u2019imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique fonctionnelle (IRMf)<\/a><\/strong><\/span>, il faut partir du fait que les globules rouges du sang transportent l\u2019oxyg\u00e8ne fix\u00e9e par l\u2019h\u00e9moglobine, une prot\u00e9ine poss\u00e9dant un atome de fer. En lib\u00e9rant l\u2019oxyg\u00e8ne dans les tissus du corps, celle-ci devient de la d\u00e9soxy-h\u00e9moglobine. Or l\u2019h\u00e9moglobine et la d\u00e9soxy-h\u00e9moglobine ont des propri\u00e9t\u00e9s magn\u00e9tiques diff\u00e9rentes que d\u00e9tecte l\u2019appareil d\u2019IRMf. Celui-ci doit toutefois \u00e9galement pond\u00e9rer sa r\u00e9ponse en fonction de la dilatation des vaisseaux sanguins autour de ces neurones plus actifs. Ce signal complexe a re\u00e7u le nom de BOLD<\/a><\/span><\/strong>, de l’anglais blood-oxygen-level dependent<\/a><\/em><\/span><\/strong>, donc un signal \u00ab\u00a0d\u00e9pendant du niveau d’oxyg\u00e8ne sanguin\u00a0\u00bb. L\u2019IRMf, comme le PET scan<\/em>, est donc aussi une mesure indirecte de l\u2019activit\u00e9 neuronale. Et bien s\u00fbr, c\u2019est toujours une activit\u00e9 diff\u00e9rentielle issue d\u2019une soustraction entre un \u00e9tat contr\u00f4le et celui lors d\u2019une t\u00e2che.<\/p>\n

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