Imagerie par resonance magnetique fonctionnelle

Détection par l'IMRf de l'activation des régions du cerveau impliquées dans la perception visuelle

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est une application de l'imagerie par résonance magnétique à l'étude du fonctionnement du cerveau. Elle consiste à alterner des périodes d'activité (par exemple bouger les doigts de la main droite) avec des périodes de repos, tout en acquérant des images de l'intégralité du cerveau toutes les 1,5 à 6 secondes (correspond à la résolution temporelle moyenne classiquement utilisée en recherche). Cette technique ne présente aucun danger pour la santé des sujets.

La localisation des zones cérébrales activées est basée sur l'effet BOLD (Blood Oxygen Level Dependant), lié à l’aimantation de l’hémoglobine contenue dans les globules rouges du sang.
L’hémoglobine se trouve sous deux formes :

• les globules rouges oxygénés par les poumons contiennent de l’oxyhémoglobine (molécule non active en RMN) ;
• les globules rouges désoxygénés par les tissus contiennent de la désoxyhémoglobine (paramagnétique (casseur d'aimant) donc visible en RMN).

Dans les zones activées par la tâche, une petite augmentation de la consommation d'oxygène par les neurones est surcompensée par une large augmentation de flux sanguin. Il en résulte une diminution de la concentration de désoxyhémoglobine. Vu les propriétés paramagnétiques de cette dernière, le signal IRM (temps de relaxation T2* des noyaux d'hydrogène de l'eau) augmente légèrement pendant les périodes d'activation. De façon plus précise ce sont les différences de susceptibilité magnétique entre les différents milieux (intra- extra-vasculaires) qui entourent le noyau d'hydrogène (=proton) qui jouent un rôle important. En effet des différences de susceptibilité magnétique entre les différents milieux vont induire des variations locales de champ magnétique qui vont perturber le temps de relaxation T2* des noyaux d'hydrogène. Ainsi in vivo le milieu extravasculaire possède une faible susceptibilité magnétique, tout comme le sang oxygéné. C'est en revanche l'inverse pour le sang non-oxygéné qui possède une forte susceptibilité magnétique. Ainsi, à la frontière entre les vaisseaux possédant du sang peu oxygéné (veinules) et le milieu extravasculaire il va y avoir une perturbation du champ magnétique qui va donc diminuer le temps de relaxation T2* des protons. Lors de l'effet BOLD, l'activation neuronale va augmenter la concentration en sang oxygéné dans les capillaires adjacents ce qui va donc augmenter le temps de relaxation T2* des protons autour des vaisseaux. Ce sont ces augmentations de signal qui sont donc mesurées en IRMf. Malheureusement, cette variation est très faible, et nécessite des méthodes statistiques puissantes pour être mise en évidence.

Différences IRMf-TEP

La tomographie par émission de positons, ou TEP, était considérée jusqu’il y a peu comme la technique de référence pour l’imagerie cérébrale fonctionnelle en neurosciences cognitives.

Dans cette technique on injecte au patient un traceur radioactif, l’oxygène 15, qui, très instable, va se transformer en libérant un positron, l’équivalent positif de l’électron. Ce positon va rencontrer l’électron d’un atome voisin. Ils vont s’annihiler l’un l’autre en libérant deux photons gamma qui partent dans des directions opposées. Un appareil de détection des photons gamma, appelé caméra à positon, est installée autour du crâne du patient. En faisant effectuer au patient pendant l’enregistrement une tache mouvement ou cognitive, la tomographie permet de visualiser les zones du cerveau activées par cette tache.

Examen IRMf clinique

L'IRMf est utilisée en clinique pour déterminer la localisation de régions fonctionnelles chez des patients. Le plus souvent cet examen est demandé dans le cadre d'un bilan pré-chirurgical pour savoir où se trouvent les aires du langage ou de la motricité par rapport à la lésion. Cet examen aide le chirurgien à évaluer les risques de l'opération et à préparer son geste.

Au cours de l'examen, le patient doit réaliser des tâches selon des consignes précises expliquées avant l'examen. Par exemple, il doit faire un mouvement de la main droite pendant 20 secondes toutes les 50 secondes, ou bien il doit trouver des mots commençant par la lettre désignée par la consigne ; pour cela un signal lui est donné pendant l'acquisition des images soit par un écran soit par un casque audio.

Voir aussi

• Statistical parametric mapping (SPM) dit aussi cartographie statistique paramétrique

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