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gabrielle-tixier
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ESIL 2008
Dualité des premières cartographies
De Gall à Brodmann
Contribution de la neuropsychologie
Aires corticales impliquées dans le langage selon la classificassion de Brodmann
Approche histologiqueApproche histologique
CC
12
4
6
5
3
Cortex visuel
Cortex auditif
Limites de l’histologie corticale
Couches corticales misent en évidence par la coloration de Nissl.
Cartographie de l’activité métabolique Cartographie de l’activité métabolique
par la Cytochrome oxydasepar la Cytochrome oxydase
Exemple : cartographie du cortex somatosensorielExemple : cartographie du cortex somatosensoriel
structures « en tonneau »structures « en tonneau »
Le « ratonculus »Le « ratonculus »
Implantation Implantation
des vibrissesdes vibrisses
D’après Koshiba et al., 2005D’après Koshiba et al., 2005
Identification des structures activesIdentification des structures actives
et de leurs interconnectionset de leurs interconnections
Exemple d’un traçage des voies visuelles chez l’oiseau. La détection consiste Exemple d’un traçage des voies visuelles chez l’oiseau. La détection consiste en l’utilisation de traceurs fluorescents dans les structures activées.en l’utilisation de traceurs fluorescents dans les structures activées.
D’après Ikemoto et Wise., 2004D’après Ikemoto et Wise., 2004
Utilisation de la pharmacologie pour la cartographie Utilisation de la pharmacologie pour la cartographie fonctionnelle des structures cérébralesfonctionnelle des structures cérébrales
D’après Ikemoto et Wise., 2004D’après Ikemoto et Wise., 2004
Localisation des effets de Localisation des effets de
l’auto-injection de carbachol l’auto-injection de carbachol
(agoniste cholinergique) (agoniste cholinergique)
dans le mésencéphaledans le mésencéphale
Les méthodes de cartographie fonctionnelle :Les méthodes de cartographie fonctionnelle :
Electrique Métabolique Electrique Métabolique
EEG / MEG SPECT / TEP / IRMfEEG / MEG SPECT / TEP / IRMf
Notion de compromis méthodologique :Notion de compromis méthodologique :
1 - In vivo vs. Ex vivo1 - In vivo vs. Ex vivo
2 – Aigu vs. Chronique2 – Aigu vs. Chronique
3 - Résolution3 - Résolution
Cartographies basées sur Cartographies basées sur
le deplacement de charges électriques.le deplacement de charges électriques.
Ces techniques ont une excellente résolution temporelle.Ces techniques ont une excellente résolution temporelle.
EEGEEG
MEGMEG
Les techniques de cartographie basées sur le Les techniques de cartographie basées sur le
métabolisme cérébral ont une excellente résolution métabolisme cérébral ont une excellente résolution
spatiale : TEP, IRMf…spatiale : TEP, IRMf…
Couplage entre l’activation neuronale etCouplage entre l’activation neuronale et
la réponse hémodynamiquela réponse hémodynamique
Effet Effet BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent)BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent)
L’électroencéphalogrammeL’électroencéphalogramme
Mesure de l’activité électrique d’une population neuronale
Malheureusement…
L’activité enregistrée ne correspond pas à :
toute l’activité cérébrale mais essentiellement à l’activité corticale
toute l’activité corticale mais essentiellement à l’activité des neurones pyramidaux
toute l’activité des neurones pyramidaux mais essentiellement à l’activité dendritique
toute l’activité dendritique mais seulement à sa partie suffisamment synchrone.
Tracés EEG obtenus au cours de différents états de vigilance. L’amplitude du tracé et sa fréquence varient en fonction du niveau de vigilance. Plus le niveau de vigilance diminue, plus l’amplitude 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 l’information)
BETA : 13-30 Hz (sujet alerte, traitement actif de l’information)
GAMMA : > 30-35 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 s’étendent de 0.25 Hz à ~ 60 Hz. Profils de fréquences associés à certaines activités :
Epilepsie
= Stimulus
= Potentiel évoqué par le Stimulus
Le moyennage des potentiels évoquésLe moyennage des potentiels évoqués
Le moyennage des potentiels évoquésLe moyennage des potentiels évoqués
Nécessité d’appliquer les stimulus à des délais identiques !
Et même à cette condition… la latence des réponses neuronales peut varier d’un essai à l’autre!!
La reconstruction des imagesLa reconstruction des images
Problème de la localisation des sources
Cortex
Cuir chevelu
Recouvrements dans l’espace(et recouvrements dans le temps)
Il faut essayer de séparer les sources : Filtrage spatialMéthodes statistiques
La reconstruction des imagesLa reconstruction des images
La magnéto-encéphalographie
Mesure des champs magnétiques induits par l’activité électrique des neurones.
On enregistre directement à la surface du crâne les champs magnétiques émis par l’activité des neurones.
Le principe de baseLe principe de base
Magnétomètre
Les capteurs (248/306) sont regroupés dans un casque.
Les capteurs sont reliés à des SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) = dispositif supraconducteur, refroidis à l’hélium liquide (-271°C).
Les SQUID permettent de mesurer des champs magnétiques très faibles (10-15 T)
On trace ensuite l’amplitude des champs magnétiques en fonction du temps
L’instrumentation MEGL’instrumentation MEG
L’environnement technique de la MEGL’environnement 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
MEG & EEG: quelles différences ?
Imagerie par résonance magnétique
0.2 T 3 T
Il diminue avec l’intensité du champ magnétique :
Les parametres de l’IRMLes parametres de l’IRM
Le contraste : Différence de signal entre 2 régions adjacentes
La résolution spatiale IRM clinique : taille d’un voxel : 1´1´5 mmMicro-imagerie : taille d’un voxel : 0.2´0.2´1 mm
La résolution temporelle : de l’ordre de la seconde
OsEau
Substance blanche
Substancegrise
Graisse
Oedème
Pondération T1 Pondération T2
Os
Différents types de contraste
Les parametres de l’IRMLes parametres de l’IRM
Augmentation de l’activité électrique neuronale
Augmentation du métabolisme (diminution des réserves en glucose
et en O)
Augmentation du flux sanguin (réponse hémodynamique)
Augmentation de l’oxygénation
sanguine?
Mesure du signal
Modèle de changements physiologiques liés à l’activité cérébrale:
La méthode d’IRMf: Bases physiologiques du couplage
de l’activité métabolique et hémodynamiquede l’activité métabolique et hémodynamique
L’oxyhémoglobine possède des propriétés
diamagnétiques
OO22 OO22
OO22 OO22
La désoxyhémoglobine possède des propriétés
paramagnétiques : agent de contraste intrinsèque
Diminution du signal RMN
Pas de perturbation du signal RMN
L’activité hémodynamiqueL’activité hémodynamique
Miroir Vidéo-projecteurEcran
Champ magnétique
Clavier ergonomique
Câbleblindé
Cage deFaraday
ordinateur
Codageoptique
Fibresoptiques
Stimulation sensorielle (visuelle, auditive, ...) et acquisition des réponses du sujet en temps réel
Contrôle du déroulement de l'expérienceAnalyse des performances psychophysiques
Les contraintes de la stimulationLes contraintes de la stimulation
Environnement sonore :Bruit permanentAcquisition anatomiqueSéquences fonctionnelles
Environnement spatial :ExiguitéIsolementStress
Exemple de résultat en IRMf :Exemple de résultat en IRMf :
Cartographie des aires corticales impliquées dans Cartographie des aires corticales impliquées dans l’acquisition du langage chez l’enfant.l’acquisition du langage chez l’enfant.
D’après Hertz-pannier et al., 2004D’après Hertz-pannier et al., 2004
La Tomographie par Emission de Positons
• Le principe :
La TEP est une méthode hémodynamique. Elle permet de visualiser les conséquences de l’activité 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.
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 d’un examen fonctionnel, une douzaine d’injections 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 qu’une 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
Fusion MEG/EEG et IRMf
Pourquoi?
Comment?
Les spécificités des différentes techniques
Intérêt de la fusion
Sans les électrodes
Sans les électrodes
Avec les électrodes
Avec les électrodes
La qualité des images IRMLa qualité des images IRM
Avant correction Après correction
La qualité des signaux EEGLa qualité des signaux EEG
Combiner les techniques et améliorer les résolutions :Combiner les techniques et améliorer les résolutions :
EX 1 / IRMF / EEG Ex 2 : IRM / TEPEX 1 / IRMF / EEG Ex 2 : IRM / TEP
La fusion des techniquesLa fusion des techniques