Méthodes d'étude du cerveau

Les signaux et l'imagerie :

Pour comprendre l'origine des signaux en imagerie cérébrale, deux points sont fondamentaux:

1. Les évènements métaboliques et hémodynamiques sont décelables à l'échelle de la seconde, de façon différée et si l'activité électrique est soutenue suffisamment longtemps (alors que les signaux électriques élémentaires se déroulent, eux, à l'échelle de quelques centièmes de secondes).
2. La variation de débit sanguin engendrée par l'activité des neurones dépasse de beaucoup les besoins réels en oxygène des tissus (ce qui sera à l'origine du signal en imagerie par résonance magnétique par exemple).

Comment passe-t-on des signaux neurophysiologiques aux images ?

Les fluctuations des courants intra-cellulaires post-synaptiques créent des variations du champ électromagnétique statique  mesurable en temps réel autour de la tête. Les courants extra-cellulaires ou "courants de volume" créent une distribution de  potentiel mesurée en temps réel à la surface du "scalp". Il s'agit de deux mesures complémentaires, qui, bien que partageant la même origine, ne sont pas liées au même phénomène électrique.

L'électroencéphalographie (EEG) et la magnétoencéphalographie (MEG) sont les deux techniques d'imagerie basées sur l'observation de ces signaux (en relation avec les activités synaptiques). Leur résolution temporelle est donc excellente (de l'ordre de la milliseconde). La résolution spatiale de l'EEG est de l'ordre de 5 à 10 mm, essentiellement limitée par l'anisotropie et les très grandes variations de la conductivité électrique du cerveau et de l'os. En MEG, la perméabilité magnétique des différents milieux est quasiment constante et permet d'obtenir des résolutions spatiales de l'ordre de 2 mm.

D'autres méthodes ayant une bonne résolution spatiale (de l'ordre de quelques millimètres) sont celles qui vont utiliser le débit de sang comme signal, en utilisant des traceurs ; soit radioactifs : il s'agit alors de la tomographie par émission de positons (TEP), soit paramagnétiques: il s'agit alors de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). 

Pour cette dernière technique, la fluctuation du taux d'oxyhémoglobine dans le sang lors d'une activation neuronale joue le rôle d'un traceur paramagnétique naturel et se trouve associée aux variations du débit sanguin cérébral.

Les différentes techniques d'imagerie médicale

Des informations complémentaires sont accessibles depuis :

• Un dossier "imagerie médicale" de notre partenaire scientifique le LabEx Primes
• Le site du CNRS dédié à l'imagerie médicale "Le corps en transparence", 2003, un document vidéo sur l'imagerie médicale.
• Un pdf du journal du CNRS d'octobre 2011 sur l'imagerie médicale disponible ici.