Neuro-imagerie structurelle et fonctionnelle

La neuro-imagerie regroupe l'ensemble des techniques permettant de visualiser le cerveau in vivo. L'imagerie structurelle révèle l'anatomie — la forme, la taille et la composition tissulaire des régions cérébrales — tandis que l'imagerie fonctionnelle déduit l'activité, le plus souvent à partir des modifications du flux sanguin et de l'oxygénation sanguine qui accompagnent le traitement neuronal. Ensemble, elles permettent d'étudier la structure et la fonction cérébrales de manière non invasive.

Definition

La neuro-imagerie structurelle visualise l'anatomie et les propriétés tissulaires du cerveau, tandis que la neuro-imagerie fonctionnelle mesure des corrélats de l'activité neuronale tels que le flux sanguin et l'oxygénation, permettant ainsi d'évaluer la structure et la fonction in vivo.

Scope

Ce sujet aborde les principales modalités structurelles (tomodensitométrie et IRM structurelle, incluant l'imagerie de diffusion et la morphométrie) et fonctionnelles (IRM fonctionnelle basée sur le contraste dépendant du niveau d'oxygénation sanguine, et l'analyse de la connectivité fonctionnelle et effective). Il décrit ce que chaque méthode mesure en tant que méthodologie de référence, et non comme une orientation clinique.

Core questions

• Que mesure l'imagerie structurelle, et en quoi diffère-t-elle de l'imagerie fonctionnelle ?
• Comment l'IRM fonctionnelle déduit-elle l'activité neuronale à partir des signaux d'oxygénation sanguine ?
• Comment les images sont-elles converties en mesures quantitatives de la structure et de la connectivité cérébrales ?

Key concepts

• Tomodensitométrie et IRM structurelle
• Imagerie pondérée en diffusion
• Morphométrie basée sur les voxels et les surfaces
• Contraste dépendant du niveau d'oxygénation sanguine (BOLD)
• Connectivité fonctionnelle et effective
• Imagerie en état de repos et mode par défaut
• Segmentation et quantification d'images

Mechanisms

L'IRM structurelle distingue les tissus par leurs propriétés de résonance magnétique, et l'imagerie de diffusion exploite le mouvement de l'eau pour sonder la microstructure et l'orientation des fibres (Le Bihan et al., 1986). L'IRM fonctionnelle repose sur la découverte que le sang désoxygéné et oxygéné diffèrent par leur susceptibilité magnétique, de sorte que les changements d'oxygénation sanguine locale qui suivent l'activité neuronale produisent un signal mesurable dépendant du niveau d'oxygénation sanguine (Ogawa et al., 1990). L'analyse de la covariation de ces signaux entre les régions permet d'obtenir des mesures de connectivité fonctionnelle et effective (Friston, 1994), y compris les schémas observés au repos en l'absence de tâche explicite (Gusnard & Raichle, 2001). Des pipelines automatisés segmentent et étiquettent les images pour les convertir en mesures anatomiques quantitatives (Fischl, 2012).

Clinical relevance

Les méthodes de neuro-imagerie sont fondamentales pour l'observation et la mesure de la structure et de la fonction cérébrales en recherche et en pratique, et la compréhension de ce que chaque modalité mesure favorise une interprétation rigoureuse. Cette entrée constitue un matériel de référence méthodologique et ne fournit pas de critères diagnostiques ni de conseils de traitement.

History

La tomodensitométrie aux rayons X a d'abord permis de visualiser l'anatomie cérébrale chez les personnes vivantes, et l'imagerie par résonance magnétique a ensuite offert un contraste supérieur des tissus mous et une imagerie microstructurale basée sur la diffusion (Le Bihan et al., 1986). La découverte du contraste dépendant du niveau d'oxygénation sanguine (Ogawa et al., 1990) a lancé l'IRM fonctionnelle, après quoi l'analyse de la connectivité (Friston, 1994) et l'étude de l'activité en état de repos (Gusnard & Raichle, 2001) ont élargi le domaine, soutenues par des outils d'analyse d'images automatisés (Fischl, 2012).

Debates

Que reflète réellement le signal BOLD ?

L'IRM fonctionnelle mesure un signal d'oxygénation sanguine qui est un indicateur vasculaire indirect de l'activité neuronale, de sorte que la relation précise entre la réponse BOLD et les événements neuronaux sous-jacents demeure une mise en garde interprétative.

Key figures

• Seiji Ogawa
• Denis Le Bihan
• Karl Friston
• Marcus Raichle
• Bruce Fischl

Seminal works

• ogawa-1990
• le-bihan-1986
• friston-1994

Frequently asked questions

Quelle est la différence entre la neuro-imagerie structurelle et fonctionnelle ?

La neuro-imagerie structurelle visualise l'anatomie et les tissus du cerveau, tandis que la neuro-imagerie fonctionnelle mesure des corrélats d'activité, tels que les changements d'oxygénation sanguine qui accompagnent le traitement neuronal.

L'IRM fonctionnelle mesure-t-elle directement les neurones ?

Non. Elle mesure un signal dépendant du niveau d'oxygénation sanguine, un indicateur vasculaire indirect qui suit l'activité neuronale plutôt que d'enregistrer directement l'activité des neurones.