Cours 1 - Cartes cérébrales en neuroscience cognitive

Question 1

Quelles sont les 4 aspects principaux et important des techniques de neuroimagerie?
Décrire chacun d’eux.

Answer 1

1- Principe physique = Ce qui nous permet d’obtenir une mesure.

2- Principe physiologique = L’aspect biologique du cerveau qui est mesuré.

3- Méthodes d’analyse = La façon d’interpréter les données.

4- Questions de recherche = Ce qui peut être étudié avec ces techniques.

Question 2

Quels sont les 2 grands types de technique en neuroimagerie?
Quelles techniques vues en cours (5) sont associées avec chaque type?

Answer 2

1 - Structurelle (images des changements structuraux) : IRM T1 et IRM D

2 - Fonctionnelle (images les relations fonctionnelles) : IRMf, TEP, imagerie optique

Question 3

Quels sont 2 critères important lors de la sélection de la technique la mieux adaptée?

Answer 3

La résolution spatiale = La taille minimale d’un objet que l’on peut distinguer dans une image.

&

La résolution temporelle = La durée minimale d’un événement que l’on peut distinguer dans un signal.

Question 4

Qu’est-ce qu’un voxel?

Answer 4

La plus petite unité 3D obtenue dans une carte du cerveau par l’une des technique de neuroimagerie.

Question 5

Qu’est-ce que la résolution effective?

Answer 5

La résolution effective dans le contexte temporelle = La capacité à distinguer 2 événements dans le temps (VS le nombre d’images capturées à la s ou ms)

La résolution effective dans le contexte spatiale = La capacité à distinguer 2 voxels différents (VS la taille d’un voxel capté avec la technique)

Question 6

Décrire l’appareil d’IRM.

Answer 6

Gros tube/tunnel avec une table motorisée qui y fait entrer le participant presqu’au complet.
Le tunnel correspond à un très gros aimant qui permet de créer un champ magnétique très homogène et pointant dans une direction constante.

Question 7

Quelles sont les 3 plans de coupes typiques d’un IRM T1?

Answer 7

1- Coupe coronale (vu de face)
2- Coupe sagittale (vu de côté)
3- Coupe axiale (vu de haut)

Question 8

Quels éléments anatomiques du cerveau sont perceptibles dans un IRM?

Answer 8

• La matière grise (corps des neurones, périphérie du cortex)
• La matière blanche (axones)
• Ventricules (cavités qui contiennent de le liquide céphalorachidien (eau, nutriments et déchets métaboliques))

Question 9

Qu’est-ce que la volumétrie?
Nommer une limitation importante.

Answer 9

La volumétrie est un type d’analyse des cartes cérébrales obtenues grâce à l’IRM T1, qui mesure les volumes de différentes structures du cerveau, afin de comparer ces volumes entre une population contrôle et une population test.

Limitation importante : Identifier les critères pour segmenter les zones.

Question 10

Quel est le principe physique et le principe biologique de l’IRM structurelle?

Answer 10

Principe physique : Mesure des propriétés magnétiques locales.

Principe biologique : Différents tissus perturbent le champ magnétique de manières différentes.

Question 11

Quel est l’échelle spatiale et l’échelle temporelle de l’IRM structurelle?

Answer 11

Échelle spatiale: 1 mm à quelques micro mètres.
***la meilleure de ce point de vue

Échelle temporelle: Changements mesurables prennent typiquement des mois ou années.

Question 12

Est-ce que l’IRM structurelle est une méthode invasive?

Answer 12

Non, aucun effet adverse connu.

***Par contre, attire le métal. Donc nécessite une attention particulière au protocole d’utilisation de l’appareil (sans métal autour) et de la sélection des sujets (sans débris métalliques).

Question 13

Qu’est-ce que le couplage neurovasculaire?
Quelles techniques se servent de ce couplage pour obtenir des cartes du cerveau?

Answer 13

L’appart en O2 dans le sang augmente dans une région du cerveau qui “travaillent” plus.

Les techniques utilisant ce phénomène sont l’IRMf, la NIRS et la TEP.

Question 14

Pourquoi dit-on que l’IRMf est une modalité 4D?

Answer 14

Car on regarde des volumes (3D) dans le temps.
Donc, 4 dimensions.

Question 15

Quel est le principe physique et le principe biologique de l’IRMf ?

Answer 15

Principe physique = Les propriétés magnétiques, ainsi que la détection du signal BOLD (= signal dépendant du niveau d’oxygénation dans sang).

Principe biologique = Le couplage neurovasculaire.

Question 16

Quelles sont les méthodes d’analyse (2) possible en IRMf ?

Answer 16

1- Cartes d’activation = Pour chaque voxel dans le cerveau, on va regarder si le signal BOLD est plus élevé durant la tâche.
***obtenu quand les participants font une tâche dans l’IRM

2- Cartes de connectivité fonctionnelle = On regarde à quel point l’activité spontanée de certaines régions est similaire ou synchrone.
***principalement obtenu en demandant au participant de rester au repos

Question 17

Quel est l’échelle spatiale et l’échelle temporelle de l’IRMf?

Answer 17

Échelle spatiale = 1 à 3 mm

Échelle temporelle = De quelques centaines de ms à quelques s.
***Phénomène vasculaire prend quelques ms à s’installer et à se retirer

Question 18

Quel est le principe physique et le principe biologique de l’IRMd?

Answer 18

Principe physique = Mesure des propriétés magnétiques locales
***La manière d’exciter le champ magnétique local est spécialement conçue pour être sensible à la manière dont les molécules d’eau diffuse à travers un voxel.

Principe biologique = La direction des fibres de matière blanche qui contraignent la diffusion de l’eau (diffusion anisotropique)

Question 19

Quelle est la méthode d’analyse de l’IRMd

Answer 19

La trajectographie “streamline”.
C’est une technique sophistiquée de modélisation où il est possible de reconstruire en 3D la géométrie des principales fibres de la matière blanche (selon chaque voxel, suivant la direction de la diffusion de l’eau) et de la quantifier.

Question 20

Quel est l’échelle spatiale et l’échelle temporelle de l’IRM structurelle?

Answer 20

Échelle spatiale = 1 mm à quelques micro mètres

Échelle temporelle = changements mesurables prennent typiquement des mois ou des années

Question 21

Qu’obtient-on lorsqu’on fait une IRMd

Answer 21

On obtient une reconstruction des grands faisceaux de fibres constituants la matière blanche (les axones, soit les connexions entre les neurones).

Question 22

Décrire l’outil utilisé dans un contexte d’imagerie optique.

Answer 22

On utilise un casque avec des émetteurs et récepteurs optiques.
***Ressemble à l’EEG

Question 23

Y’a-t-il un risque à utiliser l’imagerie optique?

Answer 23

Non. C’est une méthode non-invasive, puisqu’on utilise que de la lumière.

Question 24

Quel est le principe physique et le principe biologique de l’imagerie optique?

Answer 24

Principe physique = Diffusion de la lumière proche infrarouge dans la boîte crânienne.

Principe biologique = Différentes couleurs de l’hémoglobine oxygénée et désoxygénée
***Sensible au couplage neurovasculaire

Question 25

Quelle est la méthode d’analyse principale de la NIRS?

Answer 25

Les cartes topographiques d’activation.
***Indique le niveau d’activité évoquée pour chaque source spatiale, et pour chaque instant

Question 26

Quel est l’échelle spatiale et l’échelle temporelle de l’imagerie optique?

Answer 26

Échelle spatiale = quelques cm (assez variable)

Échelle temporelle = Pour l’enregistrement -> en ms, pour le signal -> quelques centaines de ms à quelques s.

Question 27

Expliquer le principe derrière la TEP.

Answer 27

Ex ici avec le FDG:

• On injecte un radio-traceurs (produit radioactif) au participant.
• Les molécules de ce traceurs comportent 2 parties, soit un isotope qui émet des rayons radioactifs et un précurseur qui va s’accrocher à une cible, ici les récepteurs dopaminergiques, dans le cerveau.
• On place le participant dans un tube rempli de capteurs qui va capter où nous avons des récepteurs dopaminergiques dans le cerveau

***permet de mesurer le métabolisme cérébral en lien avec l’activité des neurones

Question 28

Quel est le principe physique et le principe biologique de la TEP?

Answer 28

Principe physique = Génération de positrons par la matière radioactive
***Suite è l’injection, les radiotraceurs vont consommer l’O2 et les sucres. Donc, ici on s’intéresse au couplage neurovasculaire mais en ce qui concerne la consommation de sucre.

Principe biologique = Ciblage moléculaire par un ligand spécifique
***ligand qui s’accroche à une cible que l’on veut capter

Question 29

Quel est l’échelle spatiale et l’échelle temporelle de la TEP?

Answer 29

Échelle spatiale = quelques cm (très variable)
***pas une très bonne résolution spatiale, car les voxels sont de quelques cm de côté

Échelle temporelle = Entre l’injection et la mesure TEP, il passe quelques min à quelques heures.

Question 30

Pourquoi considère-t-on que la neuroimagerie est multidisciplinaire?

Answer 30

Car on fait appel à des principes de nombreuses discipline telles que :

• Neurosciences cognitives
• Neuro informatique
• Informatique
• Apprentissage machine
• Modélisation statistique
• Neurosciences traditionnelles

Question 31

Quel principe statistique est grandement utilisé en neuroimagerie? Expliquer c’est quoi.

Answer 31

La régression linéaire.
On cherche la relation entre une variable indépendante sur l’axe des x (aussi appelé facteur d’explication) et une variable dépendante sur l’axe des y et l’intervalle de confiance associée.
***on applique une régression à chaque voxel pour générer une carte cérébrale statistique.