10. Imagerie Flashcards
Les différentes méthodes d’imagerie diffèrent sur pluseiurs critères (4)
Pcq ces outils diffèrent en termes de… (1)
Ces outils diffèrent selon plusieurs critères…
- Anatomique vs. Fonctionnel
- Non-invasif vs. invasif (TEP, iEEG…)
- Résolution temporelle – de la ms à quelques sec
- Résolution spatiale – de mm à des cm
Parce que ces outils diffèrent en termes de….
* La nature du signal cérébral qu’ils détectent
anatomique vs fonctionnel
Anatomie = MG et MB
Fonction = comment cerveau réagit, activation, quelles régions échangent de l’info durant la tâche
Les outils d’imagerie peuvent mesurer l’activité cérébrale en mesurant 2 phénomènes :
* les 2 phénomènes, ce qu’ils mesurent , mesure directe ou indirecte, et exemples de méthodes
Peut mesurer…
L’activité électrique des neurones
* Via les modifications électrophysiologiques
* Mesures directes de l’activité neuronale
* Ex. EEG, MEG, iEEG
La vascularisation cérébrale (flux sanguin)
* Via les modifications hémodynamiques et métaboliques (couplage neurovasculaire)
* Mesures indirectes de l’activité neuronale
* Ex. IRMf, TEP, NIRS
- EEG
- MEG
- EEG intracrânien (iEEG)
- IRM
- IRMf
- fNIRS
- TEP
- EEG : enregistrement direct de l’activité électrique du cerveau à la surface du cuir chevelu
- MEG : enregistrement du champ magnétique induit par l’activité électrique du cerveau. Mais est still mesure directe
- EEG intracrânien (iEEG) : enregistrement de l’activité électrique du cerveau à l’aide d’enregistrements invasifs (intracrâniens)
- IRM : sur la base des propriétés magnétiques (protons d’hydrogène) des différents tissus biologiques. Produit une image
- IRMf : mesure le signal BOLD (blood-oxygen-level-dependent) – contraste basé sur l’oxygénation du sang
- fNIRS : mesure de l’oxygénation locale du cerveau selon la lumière dans la gamme du proche infrarouge (700- 900nm)
- TEP : on injecte un isotope radioactif pour marquer un traceur caractéristique d’une fonction physiologique (ex. oxygène ou glucose). Les radio-isotopes émettent des positons qui entrent en collision avec des électrons. Ces collisions produisent des rayons gamma opposés qui sont captés par les détecteurs de coïncidence de la PET. Topographie par émission de positrons
inventeur de l’EEG
Hans berger, 1924
Hans Berger
inventeur de l’EEG (non-invasif) en 1924
Hans Berger a découvert quoi
Les ondes cérébrales. ondes de Berger (8-13 Hz) et 14-30 Hz
Hans Berger a enregistré l’activité EEG dans différentes conditions
yeux fermés VS ouverts, éveil/sommeil, tâches mentales, sujets sains VS populations cliniques
MEG
* SQUID
SQUID : technologie qui permet de mesurer changements très petits de champ magnétique grâce à la supraconductivité (phénomène physique opérant à T très basse)
qu’est-ce qu’il y a dans la machine MEG et pourquoi
Machine MEG est remplie d’hélium pour refroidir les capteurs pcq la supraconductivité nécessite une T très basse (4 K)
Hélium s’évapore donc doit être regénéré –> $$$
- quelle est la base du signal EEG/MEG
- et qu’est-ce qui est plus spécifiquement mesuré
- La base du signal mesuré est l’activité électrique entre les neurones
- Ce qui est mesuré précisément est la sommation temporelle et spatiale des potentiels post-synaptiques (PPS) des cellules pyramidales du cortex cérébral
En fonction du type de neurotansmetteur relaché par le neurone pré-synaptique, et les recepteurs sur le neurone post-synaptique, l’ouverture des canaux ioniques mènera à… (2 options)
- Dépolarisation –> PPSE –> favorise un autre PA
- Hyperpolarisation –> PPSI –> défavorise un autre PA
Qu’est-ce qui fait que l’EEG et la MEG captent les PPS et non les PA (2)?
- le champ de potentiel généré par les PPS diminue moins rapidement avec la distance –> avantage pcq on mesure à partir du scalp
- Les PPS ont une durée plus longue –> plus favorable à la sommation temporelle des PPS de différents neurones. La sommation des PPS donne un signal assez fort pour être capté à la surface du scalp
pourquoi est-ce que c’est l’activité des cellules pyramidales spécifiquement qui est captée par l’EEG et la MEG
À cause de la configuration des cellules pyramidales :
Les dendrites des cellules pyramidales sont parallèles, ce qui favorise la sommation spatiale de leur activité électrique.
VS les cellules qui ont une configuration fermée on des dendrites orientées radialement (aléatoirement, dans toutes les directions) –> leur activité électrique résulante s’annule
- voltage du signal EEG
- produit par cb de neurones
signal EEG est d’environ 100 microV
produit par au moins un million de neurones
Source du signal en EEG VS MEG
La source du signal est la même en EEG VS MEG. L’activité électrique des neurones produit un champ magnétique (pcq électricité produit tjrs champ magnétique)
= Mesure directe de l’activité neuronale
L’EEG mesure-t-il l’activité électrique absolue?
NON
L’EEG mesure les différences de potentiels (différences de voltage) donc c’est une mesure relative.
On doit utiliser un point de référence (ex. nez, oreille) et mesurer la différence de potentiel entre l’électrode de référence et les électrodes du scalp
La MEG mesure quoi et comment
- La MEG mesure le courant induit par les champs magnétiques neuronaux
- Champ magnétique génère un courant dans la bobine de la machine. Ce courant informe sur l’amplitude du champ magnétique
dipôle
* c’est quoi
* Peut être ____ ou ____
un diôle est une modélisation de l’activité cérébrale. Ça permet de quantifier une source
Dipôle peut être radial (ex. gyrus) ou tangentiel (ex. sillon)
L’EEG peut comporter jusqu’à ____ capteurs
jusqu’à 256 capteurs EEG
Fréquence d’échantillonnage de l’EEG
Fréquence d’échantillonnage de l’EEG = plus de 1000 Hz (1000 échantillons/mesures par seconde)
Une mesure prend moins de 1 ms à prendre
Système international pour placer les électrodes EEG
Système 10-20
Pourquoi la MEG doit être dans une pièce très isolée?
pcq les champs magnétiques générés par l’activité cérébrale sont très très petits.
Donc chambre isolée pour pas d’autres objets autour (ex. voiture) qui génèrent un champ magnétique fassent trop de bruit/interférence dans le signal capté (VS si champ de l’activité neuronale était full grand, se distinguerait bien du reste dans le signal)
Ex. si yavait une machine IRM proche, ça ruinerait le signal mesuré pcq machine IRM génère un champ magnétique 1000000000 fois plus fort que le champ magnétique de l’activité neuronale. Pourrait pas avoir MEG et IRM dans la même pièce
La MEG génère-t-elle un champ magnétique
NON la MEG ne génère pas de champ magnétique, contrairement à l’IRM
premier magnétoencéphalogramme (MEG)
1972
MEG VS EEG
* mesure quoi
* à quel point est affecté par les tissu cérébraux
* sources de quelles orientations
* sensibilité aux sources profondes
* $$$
EEG :
* Mesure le potentiel électrique
* Très affecté par les tissus cérébraux. Résistance des tissus altère le champ électrique
* Sensible à toutes les orientations
* Sensible aux sources profondes
* Moins cher
MEG :
* Mesure champ magnétique
* peu affecté par les tissus cérébraux. Champ magnétique passe mieux à travers les tissus que le champ électrique
* Sélectif pour les sources tangentielles (ex. qui viennent des sillons). Capte pas les sources radiales (ex. qui viennent des gyrus)
* peu sensible aux sources profondes
* $$$$
Prétraitement des données (2)
- Nettoyage des artéfacts : corriger le signal bruité. Peut appliquer des algorithmes qui vont corriger signal (ex. respiration, clignement yeux)
- Retrait des artefacts : retirer les segments trop bruités (ex. mouvement)
Dans le signal EEG/MEG, on peut choisir d’analyser 2 choses:
- L’activité évoquée (potentiels évoqués ou champs évoqués)
- La puissance spectrale/analyse fréquentielle - le spectre d’amplitudes en fonction de la fréquence
Activités évoquées
* C’est quoi
* Procédure
* Améliore le ____
* Se base sur quelle hypothèse
* EEG VS MEG
Activités évoquées : moyennage synchronisé de signaux évoqués par l’apparition d’un stimulus.
* La tâche est répétée plusieurs dizaines/centaines de fois pour avoir plusieurs mesures de la réponse neuronale. Ensuite, on moyenne toutes les réponses. –> Élimine le bruit aléatoire et fait ressortir les caractéristiques du signal qui surviennent tjrs au même moment, dont la réponse neuronale associée à la tâche
* Améliore le rapport signal sur bruit
* Se base sur l’hypothèse que dans chaque essai, la réponse neuronale à la tâche est reproductible (la même amplitude et latence). Donc moyenner va annuler le bruit aléatoire, laissant juste ressortir les caractéristiques dans le signal qui surviennent toujours au même moment
* EEG - potentiels évoqués (PE)
* MEG - champs évoqués
plus on moyenne bcp de signaux (essais), plus ____
plus on moyenne bcp de signaux (essais), plus ça améliore le rapport signal sur bruit (donc plus ça fait ressortir la réponse)
quoi faire pour améliorer signal sur bruit
faire plus d’essais - plus on moyenne bcp d’essais, meilleur est le rapport signal sur bruit
pourquoi est-ce qu’on répète les stimulations/tâches pluseiurs fois lors de l’enregistrement
pcq pouvoir les moyenner pour faire sortir les potentiels évoqués
Réponses provoquées par une stimulation 2 propriétés:
amplitude (+ ou -) et latence (temps)
Ex. P300 = onde positive à 300 ms
analyse de puissance spectrale (spectre de puissance, analyse fréquentielle)
graphique de la puissance des différentes fréquences dans le signal À UNE ÉLECTRODE, UN CAPTEUR
à quoi sert la transformation de Fourier
La transformation de Fourier peut être appliquée au signal pour générer le spectre de fréquences (analyse fréquentielle, analyse de puissance spectrale)
l’analyse de puissance spectrale donne le spectre d’amplitude en fct de la fréquence à une électrode donnée. Qu’est-ce qu’on peut faire pour cartographier l’analyse spectrale?
Représentation topographique : cartographie l’analyse de puissance spectrale pour toutes les électrodes (on inclut l’analyse spectrale de chaque électrode), pour une bande de fréquence donnée
carte temps-fréquence
Carte temps-fréquence : Décomposition du signal EEG/MEG à travers le temps et les fréquences
Combine l’info de l’activité évoquée et de l’analyse spectrale
Donne la puissance du signal en fonction du temps et de la fréquence
activité induite
activité induite : actiivé neuronale associée à la tâche mais qui survient pas tjrs au même moment. ex. prise de décision d’appuyer ou non sur le bouton
avantage des cartes temps-fréquence pour l’activié induite
si on prenait juste le signal brut, moyenner en alignant les signaux sur la tâche ferait annuler l’activité induite pcq signal en termes d’amplitude positive et négative, donc annule activité induite qui survient à différents moments
Solution :
* On fait une carte temps-fréquence pour chaque essai. Ça donne la puissance en fonction du temps et de la fréquence pour chaque essai.
* Ensuite, on moyenne les cartes temps-fréquence des différents essais. Ça annulera pas l’activité induite pcq puissance est juste positive (vs signal temporel qui est positif et négatif)
* DONC cartes temps-fréquence permettent de conserver l’activité induite
iEEG
EEG intracrânien
2 types de iEEG et où sont placées les électrodes
iEEG
* ECoG : électrocorticographie. Électrodes restent à la surface du cortex
* SEEG : électrodes insérées en profondeur dans le cerveau via un petit trou
ECoG VS SEEG - ce qu’ils permettent de mesurer
ECoG - grille de points sur surface du cortex
SEEG - plusieurs points dans les structures profondes
REVOIR LA DISTINCTION ENTRE GRILLES VS PLUSIEURS POINTS SUR L’ÉLECTRODE
Dans quels cas on fait iEEG?
iEEG se fait dans cas spécifiques, ex. épilepsie pharmaco-résistante pour identifier foyer épileptogène. On peut laisser les électrodes implantées durant plusieurs jours pour mesurer acitvité lors des crises. Peut aussi faire faire des tâches pour voir si interfère avec capacité de parler, marcher… Pour savoir si peut retirer cette partie du cerveau sans faire perdre capacités importantes
où sont les électrodes dans le ECoG
électrides sur la surface du cortex
dans quelles situations on fait du ECoG?
Evaluation pré-chirurgicale et exploration fonctionnelle chez des patients avec épilepsie pharmaco-résistante
SEEG
* on se fie sur quoi pour placer les électrodes?
* permet de mesurer quel genre de structure?
- pour placer les électrodes, on se fie sur une image stéréotactique d’un scan IRM pour éviter les vaisseaux sanguins et les veines
- électrodes SEEG permettent d’aller mesurer les structures profondes, ex. hippocampe
Avantage du signal mesuré par SEEG p/r au ECoG
SEEG permet de mesurer signal dans les structures profondes VS ECoG mesure à la surface du cortex
EEG VS iEEG - invasif ou non-invasif
EEG = non-invasif
iEEG = invasif
EEG VS iEEG - enregistrement pour qui
EEG sur n’importe qui VS iEEG juste populations cliniques (ex. épilepsie pharmaco-résistante –> localiser foyer pour chirurgie)
EEG ou iEEG a un meilleur rapport signal sur bruit?
iEEG a meilleur rapport signal sur bruit
EEG ou iEEG permet de capturer plus hautes fréquences? Pourquoi?
iEEG permet de mesurer fréquences bcp plus hautes vu que meilleur rapport signal sur bruit
EEG capte jusqu’à 90 Hz
EEG ou iEEG a couverture spatiale plus complète?
EEG couverture spatiale + complète (pcq d’électrodes tout le tour) VS iEEG capte signal régions circonscrites
EEG ou iEEG a meilleure résolution spatiale? Pourquoi?
iEEG a meilleure résolution spatiale pcq on sait exactement l’électrode mesure signal de où
EEG VS iEEG - artefacts
Artefacts EEG = mvt yeux, membres, etc. VS iEEG ya les pointes épileptiques (qui peuvent ne pas être pathologiques)
EEG ou iEEG est meilleur pour analyser les réseaux? Pourquoi?
EEG meilleur pour analyser les réseaux pcq couverture spatiale + complète (pcq électrodes tout le tour), VS iEEG qui mesure région circonscrite
EEG VS iEEG - placement des électrodes basé sur quoi?
EEG = électrodes placées selon système 10-20 (ou autre) VS iEEG implantations selon le cas du patient, ce qu’on cherche, en se basant sur image stereotactique IRM
EEG ou iEEG est meilleur pour faire études de groupes?
EEG meilleur pour études de groupe pcq système de référence 10-20 (ou autre) VS iEEG emplacement hétérogène d’un participant à l’autre
Et iEEG c’est juste populations cliniques, pas de participants sains
Ondes oscillatoires dans le signal représentent quoi
ondes oscillatoire représentent l’activité intrinséque du cerveau
Résultent de la synchronisation de populations de neurones
N’est pas random, c’est pas du bruit, c’est pas des décharges aléatoires - c’est une activité coordonnée
exemples de types d’ondes oscillatoires
alpha, beta, gamma…
Les oscillations cérébrales sont des biomarqueurs pour étudier quoi
Les oscillations cérébrales sont des biomarqueurs pour l’étude de la pathophysiologie de plusieurs maladies du cerveau.
Plusieurs maladies se caractérisent par des altérations des oscillations cérébrales (durant tâche ou au repos) :
* Troubles psychiatriques (e.g. schizophrenie, dépression)
* Troubles neurodégénératives (e.g. Alzheimer’s, Parkinson, Démences, ) Déficits sensoriels (e.g. Amusie congénitale )
* Déficits d’attentions (e.g. TDAH)
* Epilepsie
* Autisme
* Etc…
3 propriétés du signal oscillatoire
Fréquence
Amplitude
Phase (délai de phase = délai de temps)
À quoi sert transformation de Fourier
- Décompose le signal temporel en ses différentes composantes oscillatoires, les différentes bandes de fréquences qui le composent
- Permet de faire la courbe de la puissance en fonction de la fréquence, donc de faire analyse frequentielle
Signal temporel est la somme des différentes composantes oscillatoires, bandes de fréquence qui le composent
Réseau cérébral
Réseau cérébral : ensemble de régions cérébrales interconnectées. Connectivité
Cerveau est plus que la somme de ses parties; fonctionnement en réseaux
On sait que différentes structures sont expertes dans différentes fonctions (musique, planification, langage, vision…). Mais faut qu’il y ait un fonctionnement cohérent entre les différentes régions, qui chacune ont une expertise locale
3 types de connectivité :
Connectivité anatomique :
* Liens structurels entre populations de neurones
* MB qui relie les structures
* Ex. autoroute entre mtl et Qc
Connectivité fonctionnelle :
* Échange d’informations entre populations de neurones
* Ex. quantité de voitures sur l’autoroute
Connectivité effective :
* Influence d’une population de neurones sur une autre
* Comme la fonctionnelle, mais ici, mieux comprendre lien de causalité entre 2 régions. Laquelle active laquelle. Qui a une influence sur qui
* Ex. plus d’autos qui vont de Qc à Mtl que d’autos qui vont de Mtl à Québec. Plus d’info va dans un sens que dans l’autre
L’intégration de l’information dans le cerveau serait soutenue par la synchronisation de neurones ____ et ____
L’intégration de l’information dans le cerveau serait soutenue par la synchronisation de neurones…
* Localement : synchronisation locale d’une population de neurones. Spécialisation fonctionnelle d’une population (ce qui est traité là)
* À distance : synchronisation de différentes populations de neurones ensemble. Connectivité fonctionnelle
Avantage de l’EEG/MEG pour détecter la synchronisation des populations de neurones (les réseaux)
Ont une bonne résolution temporelle, ce qui est nécessaire pour capter la synchronisation des populations de neurones pcq les interactions entre les régions sont très rapides
Comment on mesure la synchronie locale et la synchronie à distance avec l’EEG/MEG
- Synchronisation locale - se mesure par le changement de la puissance oscillatoire
- Synchronisation à distance (réseaux) - se mesure par le changement du couplage oscillatoire entre les différentes structures. Dans un réseau, les différentes populations vont osciller ensemble durant la tâche (couplage oscillatoire), mais seront indépendantes au repos
