Cours 1 : Cartes cérébrales Flashcards
Principe physique
La physique qui nous permet d’obtenir une mesure
Principe physiologique
L’aspect biologique du cerveau qu’on mesure
Méthode d’analyse
Les méthodes nécessaires pour pouvoir interpréter les données
Changements structuraux
1- IRM T1
2- IRM de diffusion
Relations fonctionnelles: modification en fonction des tâches
1- IRMf activation
2- TEP
3- IRMf au repos
4- Imagerie optique
Santé mentale (MAÉ)
Mémoire
Attention
Émotion
IRM structurelle:
Coupe Coronale
IRM structurelle:
Coupe sagitale
IRM structurelle:
Coupe axiale
IRM structurelle: Étude des variations morphologiques
- Il existe des différences morphologiques d’un cerveau à l’autre - ici entre sujet âgé en santé, patient souffrant de troubles cognitifs légers (MCI) ou de démence Alzheimer (AD).
- L’IRM T1 a un bon contraste entre matière blanche, matière grise, et liquide céphalo-rachidien.
Neurodégénérescence
- Impact sur le cerveau
- Atrophie du cerveau
-Plis +imortant
Voxel
Élément de volume
Souvent la même taille de côté mais pas toujours
IRM structurelle: Volumétrie
● Une aire de la matière grise est segmentée sur la base de repères anatomiques (ex. sillons), automatiquement ou manuellement.
● On régresse les volumes obtenus avec une ou des variables explicatives.
● Limitation: la segmentation peut être difficile et subjective.
IRM structurelle: Principe physique
Mesure des propriétés magnétiques locale
IRM structurelle: Principe biologique
Différents tissus perturbent le champ magnétique de manière différentes
IRM structurelle: Non-invasif
Aucun effet adverse connu
IRM structurelle: échelle spatiale
1 mm à quelques 100 µm (moins de l’animal)
IRM structurelle: échelle temporelle
Changements mesurables prennent typiquement des mois et des années
IRM fonctionnelle (IRMf)
L’IRMf est une modalité 4D: volume (3D) + temps.
Pour chaque voxel, on a une série de mesures (de quelques dizaines à quelques centaines) séparées dans le temps de quelques centaines de millisecondes à quelques secondes (plus typique).
IRMf : Couplage neurovasculaire
Le réseau sanguin capillaire arrive au voisinage des populations de neurones avec une taille fine (~10 microns), permettant de réguler l’oxygénation sanguine de manière fine et locale.
Assez lent à cause de la vascularisation, Division des capillaires
IRMf: Principe physique
Propriété magnétique oxy vs déoxy-hémoglobine
IRMf: Principe biologique
Couplage hémodynamique
IRMf: Non invasif
Aucun effet adverse connu
IRMf: échelle spatiale
1-3 mm pour le voxel ( moins chez l’animal)
IRMf: échelle temporelle
quelques centaines de ms à quelques s.
À cause de la vascularisation
IRM de diffusion - principe
Même machine que l’IRM, même aimant qu’on utilise différemment
IRM de diffusion: Diffusion anisotropique - matière blanche
La diffusion de l’eau est sensible à la microstructure de la matière blanche et elle donne un accès non-invasif à son orientation.
À l’échelle microscopique: voxel de 1mm
Tractographie “streamline”
Pour étudier la direction de diffusion
IRM de diffusion
À gauche, une coupe de cerveau post-mortem préparée pour mettre en valeurs les faisceaux de fibres de matière blanche. À droite, une dissection virtuelle des faisceaux de matière blanche générée grâce à des données d’IRM de diffusion.
Pas de raison de causalité, connexion bidirectionnelle.
Vrai ou faux: Le relâchement des neurotransmeteurs n’est pas au niveau de la matière blanche
Vrai
IRM de diffusion: Principe physique
Mesure des propriétés magnétiques locales
IRM de diffusion: Principe biologique
La direction des fibres de matière blanche contraignenet la diffusion de l’eau
IRM de diffusion: Non invasif
Aucun effet adverse connu
IRM de diffusion: Échelle spatiale
∼ 2mm (moins chez l’animal)
IRM de diffusion: Échelle temporelle
Changements mesurables prennent typiquement des mois ou des années
Imagerie optique - instrument
Des capteurs et d’autres sont des émetteur de lumière
Imagerie optiqu
e - principes
Le parcours de la lumière proche infrarouge au travers de la boîte crânienne et du cerveau. Les variations du signal en imagerie optique sont sensibles au couplage neurovasculaire, tout comme l’IRM fonctionnel.Nous avons le contrôle sur la taille du voxel, mais pas bon en terme de résolution spatiale. Pour les personnes à contre indication, léger et pas dispendieux. Excellent avec les bébés
Imagerie optique - activation
Potentiel évoqué par un mouvement du doigt à droite, pour l’ensemble des capteurs. La mosaique de couleurs à gauche du graphe indique la localisation spatiale correspondant à chaque courbe. Pour différents points temps, une carte topographique d’activation indique le niveau d’activité évoquée pour chaque source spatiale, et pour chaque instant.
Imagerie optique: Principe physique
Diffusion de la lumière proche infra rouge dans la boîte crânienne
Imagerie optique: Principe biologique
Différentes couleurs de l’oxy- et déoxy-hémoglobine
Imagerie optique: Non invasif
Aucun risque
Imagerie optique: Échelle spatiale
∼ cm (moins chez l’animal)
Imagerie optique: Échelle temporelle
Engistrement: ms signal: quelques centaines de ms à quelques s
(lié à la vitesse du sang)
Tomographie par émission de positrons (TEP)
Pas de champ magnétique
TEP: Cyclotron et synthèse de radiotraceurs
Accélération de particule et on injecte cela dans le patient.
Matière radioactif qu’on injecte au patient
TEP - principes
Un radiotraceur est un produit radioactif qui est injecté au participant de recherche (a). Les molécules de ce traceur comportent deux parties: un isotope qui émet des rayons radioactifs, et un précurseur qui va s’accrocher à une cible dans le cerveau (b). Cette cible peut être par exemple les récepteurs dopaminergiques (c).
TEP-Radioisotope:
Émet des rayons gamma
TEP-Ligand
S’accroche à une cible! C’est du glucose-> s’accumule dans des parties du cerveau.
Il peut y avoir d’autre types de ligand pour par exemple: dopamine, β amyloïde
TEP - Cartes d’activation FDG
Montage de coupes axiales d’un scanner TEP avec un radiotraceur FDG, illustrant le niveau d’activité métabolique du glucose durant la durée du scan.
Ce radiotraceur est sensible au couplage neurovasculaire, comme l’IRMf, mais cela prend plus de temps d’acquérir une image.
Bon pour les stimuli auditif
TEP: Principe physique
Génération de positons par matière radio-active-> pour qu’il s’accumule dans quelques partie du cerveau
TEP: Principe biologique
Ciblage moléculaire par un ligant spécifique
TEP: Invasif
Limite sur la quantité de radio-ligant/nombre d’examen
TEP: Échelle spatiale
~ cm (moins chez l’animal)
pas de taille de voxel qui compte
TEP: Échelle temporelle
Entre l’injection et la mesure TEP, quelques minutes à quelques heures
Récapitulatif de tous les méthodes
Neuroimagerie: un carrefour de disciplines
Neuroimagerie: statistiques et reproductibilité
Gauche: illustration d’une régression linéaire entre une variable indépendante sur l’axe des x (aussi appelé facteur d’explication) et une variable dépendante sur l’axe des y. La droite représente la meilleure relation linéaire entre x et y et l’intervalle de confiance statistique est également indiqué. Droite: un modèle de régression est appliqué à chaque voxel pour générer une carte cérébrale statistique. Ici, la carte statistique correspond aux changements d’activation IRMf lors d’un mouvement de la main. La figure de régression est adaptée de ce tutoriel seaborn à l’aide du jeu de données tips.
