Cours 1 - Cartes cérébrales Flashcards
Pour chaque technique de neuroimagerie, quels sont les quatre aspects qu’on vise à comprendre?
- Le principe physique
- Le principe physiologique
- Les méthodes d’analyses
- Les questions de recherche
Quels sont les techniques structurelles?
- IRM
- IRM de diffusion
IRM structurelle
- T1 -> Capturer la forme du cerveau
- Voir différents types de tissus (matière grise) là où sont les corps des neurones dans le cerveau
IRM de diffusion
- Regarder la matière blanche
- Acquérir avec le même appareil d’IRM que l’IRM structurelle.
- Reconstruire les grands faisceaux de fibres, les connexions entre les neurones.
Quels sont les techniques fonctionnelles?
- IRMf activation
- IRMf au repos
- TEP
- Imagerie optique
Quel est le point commun entre ces techniques?
Générer des cartes du cerveau
IRMf
- Voir l’activité du cerveau
- Chercher les régions activées quand le sujet effectue cette tâche vs en état de repos
- Regarder la cohérence de l’activité entre différentes régions.
- Cartes de connectivité fonctionnelle.
TEP
- N’utilise pas l’IRM, mais y ressemble!
- Repose sur des traceurs radioactifs qui génèrent des rayons gamma et des caméras qui détectent ces rayons gamma.
- Certains traceurs, comme le FDG, permettent de mesurer le métabolisme cérébral en lien avec l’activité des neurones.
Imagerie optique
- Première technique qui n’utilise pas d’IRM
- Similaire au signal BOLD (couplage neurovasculaire)
- Mais! La manière de mesurer les changements vasculaires est différents
- Mesure les changements de la couleur du sang dans le cerveau, et donc de son niveau d’oxygénation, qui est lui-même relié à l’activité des neurones.
- On peut déduire la concentration locale en hémoglobine oxygénée et dé-oxygénée grâce à la lumière proche infra-rouge qui peut traverser la boîte crânienne ainsi que les tissus cérébraux superficiels (diffusion)
*capture un phénomène vasculaire lent
Vrai ou faux. Avec l’imagerie optique, plus le sang est oxygéné, plus il va absorber la lumière
Vrai.Ex. Suite à la stimulation motrice, on va avoir une augmentation de l’oxygénisation dans le sang et la lumière sera plus absorbé
Différence entre IRMf et imagerie optique
- La résolution spatiale de l’imagerie optique est bien plus limitée que celle de l’IRMf car les mesures sont effectuées au niveau du scalp, comme en EEG, plutôt que grâce à une image complète du cerveau avec des voxels cubiques de taille contrôlée.
Vrai ou faux. La TEP peut aussi être utilisée pour générer des cartes de la structure du cerveau
Vrai
Quelle technique possède la meilleur résolution spatiale?
IRM structurelle
Vrai ou faux. Toutes les techniques n’ont pas tous de bonnes résolutions spatiales
Faux. Les techniques ont une bonne résolution spatiale, mais il existe malgré tout des variations importantes entre chacune de ces techniques.
Place en ordre les techniques de la meilleure résolution spatiale à la moins bonne
- IRM structurelle(1mm1mm1mm)
- IRMd(2mm2mm2mm)
- IRMf(3mm3mm3mm)
- TEP et imagerie optique(1cm1cm1cm)
Vrai ou faux. Les voxels de la TEP sont exactement de 1 cm^3
Faux. Même si les voxels de la TEP sont plus petits que 1 cm^3, l’image est “floue” et il n’est pas possible de distinguer de petites structures.
Vrai ou faux. Les voxels de l’IRM sont de 1mm^3
Vrai
Vrai ou faux. Les voxels de l’IRMf sont 9 fois plus grands que ceux de l’IRM structurelle
Faux. 30 fois plus gros que le voxel de l’IRM structurelle (3X3X3=27).
Définition d’un voxel
Le plus petit objet possible est un pixel, soit un des petits carrés qui composent l’image.
Vrai ou faux. La résolution spatiale correspond simplement à la taille d’un pixel (voxel)
Faux. Deux images avec la même taille de pixel (ou voxel) peuvent avoir une résolution différente si l’une des deux images est floue.
*Image nette = résolution supérieure
*Image floue = résolution basse
Résolution temporelle
Mesurer des changements qui peuvent se produire à l’échelle de la minute, de la seconde ou même de la milliseconde.
Vrai ou faux. La résolution temporelle ne correspond pas simplement au temps qui s’écoulent entre deux mesures successives
Vrai. Si l’intervalle de temps entre les pics est trop court on ne verra qu’un seul événement au niveau vasculaire comme dans le cas de l’imagerie optique.
IRM - étapes
- Amener le sujet au centre de l’aimant où le champ magnétique est très homogène et pointe dans une direction constante
- De petits aimants (gradients) seront allumés et éteints pour modifier le champ magnétique dans différentes parties du cerveau
- Former un volume 3D couvrant tout le cerveau
*Non invasive
IRM structurelle contraste pondéré en T1
- Gris foncé: matière grise (cortex, corps des neurones)
- Gris clair: matière blanche (axones, neurones, cellules gliales)
- Noir: ventricules (eau+nutriments+déchets métaboliques)
*L’IRM T1 a un bon contraste entre matière blanche, matière grise, et liquide céphalo-rachidien.
Comment se nomme ce phénomène? La quantité de matière grise diminue de manière massive avec l’âge
Athrophie corticale
Coupe coronal
Voir avant-arrière
Coupe sagittale
Voir gauche-droite
Coupe axiale
Voir haut-bas
Étude des variations morphologiques
Il existe des différences morphologiques d’un cerveau à l’autre
*Ex. entre sujet âgé en santé, patient souffrant de troubles cognitifs légers (MCI) ou de démence Alzheimer (AD).
Volumétrie
- Une aire de la matière grise est segmentée sur la base de repères anatomiques (ex. sillons)
- On régresse les volumes obtenus avec une ou des variables explicatives.
- Limitation: la segmentation peut être difficile et subjective.
Principe physique de l’IRM structurelle
Mesure des propriétés magnétiques locales
Principe physiologique de l’IRM structurelle
Différents tissus perturbent le champ magnétique de manières différentes
Résolution spatiale IRM
1mm à quelques 100um
Résolution temporelle IRM
changements mesurables prennent typiquement des mois ou des années
Les données de l’IRMf
Ils sont constituées d’une série de volumes cérébraux.
*Chaque voxel est associé à une série temporelle (temps de répétition Δt ou TR en ms à s)
Vrai ou faux. L’IRMf est une modalité 4D
Vrai. 4D -> volume (3D) + temps.
Vrai ou faux. L’IRMf représente des échantillons temporels en fonction des voxels
Vrai. Pour chaque voxel, on a donc une série de points de mesure.
*Le TR va jusqu’à 2 ou 3 secondes
Que mesure l’IRMf?
- L’oxygénation du sang (signal BOLD) et non l’activité des neurones (mesurée indirectement)
- Activité BOLD est-elle plus élevé durant une certaine tâche d’intérêt que lors d’une tâche de contrôle?
- Durant une tâche (cartes d’activation) VS au repos (cartes de connectivité)
Couplage neurovasculaire
La concentration locale en sang oxygéné varie en fonction du niveau d’activité local des populations de neurones.
*Plus d’oxygénation = Zone plus activée. Inverse est vrai
Signal BOLD
- Signal que l’on mesure en IRM fonctionnel
- Alterne les blocs de stimuli et sans stimuli (bruit/silence)
- Comparer la réponse vasculaire primaire du cortex temporale ressemble (comparer la réponse attendu vs mesuré)
- Créer une carte du cerveau
Principe physique de l’IRMf
Propriété magnétique oxy vs déoxy-hémoglobine
Principe biologique de l’IRMf
Couplage hémodynamique
Résolution spatiale de l’IRMf
1-3 mm
Résolution temporelle de l’IRMf
quelques centaines de ms à quelques s
IRM de diffusion - Phénomène relié?
Diffusion anisotropique
IRM de diffusion - Diffusion anisotropique
La diffusion de l’eau est sensible à la microstructure des faisceaux de la matière blanche et elle donne un accès non-invasif à son orientation.
IRM de diffusion - Tractographie
- Petits ballons représentent la forme de la diffusion de l’eau moyenne dans cette zone.
- But: Suivre la direction de la diffusion et construire une fibre qui va suivre ce que les axones font, soit la manière dont les molécules d’eau diffuse à travers un voxel
- À l’aide l’IRM
Vrai ou faux. L’IRM de diffusion cherche à regrouper les faisceaux d’axones afin de voir le réseau neuronal en répétant la mesure à différentes directions
Vrai.
Principe physique de l’IRM de diffusion
Mesure de propriétés magnétiques locales
Principe biologique de l’IRM de diffusion
La direction des fibres de matière blanche contraignent la diffusion de l’eau
Échelle spatiale de l’IRM de diffusion
environ 2mm
Échelle temporelle de l’IRM de diffusion
Changements mesurables prennent typiquement des mois ou des années
Principe physique de l’imagerie optique
Diffusion de la lumière proche infrarouge dans la boîte crânienne
Principe biologique de l’imagerie optique
Différentes couleurs de l’oxy- et déoxy-hémoglobine
Échelle spatiale de l’imagerie optique
environ cm
Échelle temporelle de l’imagerie optique
enregistrement: ms
signal: quelques centaines de ms à quelques s
Étapes de la TEP
- L’injection d’un produit radioactif, appelé radiotraceur, dans le sang du participant de recherche
- Le radiotraceur va aller s’accumuler dans certains tissus du cerveau et émettre des rayons gamma.
- Détecter de façon précise l’origine de ces rayons gamma à l’aide d’une série de caméras disposées autour de la tête du sujet et d’ensuite reconstruire une carte du cerveau qui reflète la concentration en radiotraceur à chaque voxel.
*Cartes floues
Quel est le radiotraceur dans la TEP?
Fluorodeoxyglucose (FDG)
*Celui-ci est consommé comme carburant de manière indirecte par les neurones, tout comme l’oxygène. Le FDG PET fonctionne donc grâce au couplage neurovasculaire, tout comme l’IRMf et l’imagerie optique.
TEP principes du radiotraceur
Les molécules de ce traceur comportent deux parties:
A) un isotope qui émet des rayons radioactifs
B) un précurseur qui va s’accrocher à une cible dans le cerveau (ligant)
* Cette cible peut être par exemple les récepteurs dopaminergiques
Différence entre la TEP et l’IRMf
Dans le TEP, On a une seule image du cerveau alors que l’IRMf prend plusieurs images
Principe physique de la TEP
Génération de positons par matière radio-active
*Peut être invasive si grande quantité de radio-ligant
Principe physiologique de la TEP
Ciblage moléculaire par un ligand spécifique
Résolution spatiale de la TEP
environ cm
Résolution temporelle de la TEP
Entre l’injection et la mesure TEP, quelques minutes à quelques heures
Vrai ou faux. Les neurosciences cognitives touchent à plusieurs domaines/aspects différents et est multidisciplinaire
Vrai
Cartes statistiques
- Un modèle de régression est appliqué à chaque voxel pour générer une carte cérébrale statistique.
- Ex. Ici, la carte statistique correspond aux changements d’activation IRMf lors d’un mouvement de la main.
Analyse des données (Cartes statistiques)
- Faire des analyses statistiques sur les images du cerveau que l’on génère.
- La technique de référence reste le modèle de régression linéaire qui est appliqué indépendamment à chaque voxel.
Avantage de la régression linéaire (Cartes statistiques)
Il s’agit d’un modèle très flexible qui permet de répondre à un grand nombre de questions, aussi bien au niveau individuel que de groupe.
Limite de la régression linéaire (Cartes statistiques)
- Le fait de répéter un test statistique à chaque voxel, des dizaines de milliers de fois, pose aussi un problème lorsque vient le temps d’établir le seuil de significativité.
- Il est possible d’abuser de ce type de modèle statistique de multiples manières et ainsi amener à la publication de résultats non reproductibles.
*Problème au niveau de la reproductibilité et controverses.
