Cours 4 Flashcards
1
Q
Quelles sont les particularités de l’IRM fonctionnelle?
A
- Les images d’IRMf permettent d’observer l’activation cérébrale
- L’IRMf est une modalité AD : volume (3D) + temps
- Pour chaque voxel, on a une série de mesures (de quelques dizaines à quelques centaines) séparées dans le temps TR = quelques centaines de millisecondes à quelques secondes (plus typique)
- Pas juste une image du cerveau (beaucoup de coupes) mais plutôt pleins d’images une à la suite des autres, donc c’est comme si on regardait un film du cerveau
- On rajoute une dimension qui est le temps
- Notre voxel va être plus gros car puisqu’on prend pleins d’images, on ne peut pas se permettre de prendre des images avec autant de résolution à chaque fois pour mesurer le signal de manière fiable
- Pour chaque voxel, au lieu d’avoir une seule valeur (le niveau de gris), on a plusieurs valeurs dans une série temporelle
- Quel est l’espace de temps qui sépare les mesures? C’est le TR (pas le même que pour l’IRM structurelle), c’est le temps que ça nous prend pour acquérir le volume du cerveau en entier et non le temps entre deux excitations
- Quel est le TR normal? Environ 2sec pour un 3T (et plus 3-4sec pour les vieux IRM de 1,5T et 1sec pour les 7T)
- On a maintenant des voxels isotropes trois fois plus précis de 2mm x 2mm x 2mm (comparativement aux voxels isotropes de 3mm x 3mm x 3mm). Ils nous donnent des données plus précises quant à la vascularisation (sang dans les microcapillaires)
2
Q
Qu’est-ce que le couplage neurovasculaire?
A
- 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.
- Ce résultat était déjà pressenti dans Roy C.S. Sherrington
- Densité des micro-capillaires est comparable à celle des axones dans la matière grise
- Immédiatement voisins des cellules nerveuses (touchent aux astrocytes, qui eux touchent aux neurones)
- Donc changement de vascularisation = vraiment local, lorsqu’une région a besoin de plus d’apport de sang, les micro-capillaires se dilatent et amènent plus de sang
- Le métabolisme accompagnant l’activité neurale et, notamment, la production de neurotransmetteurs dans la fente synaptique, induisent une augmentation de la consommation en oxygène. La réponse vasculaire à cette demande implique une augmentation du volume des capillaires et du flux sanguin.
- À gauche : corps neuronal qui est connecté à d’autres corps neuronaux qui sont aussi connectés à des astrocytes
- On a donc vraiment une connexion physique entre les synapses, les astrocytes et les micro-capillaires
- Donc lorsque la synapse travaille beaucoup chimiquement, fait travailler l’astrocyte qui a besoin d’un plus grand apport d’oxygène et donc le micro-capillaire va amener plus de sang
- Tout ce phénomène se nomme couplage neurovasculaire
- Donc en gros on peut résumer : je travaille (synapse), je consomme (astrocyte), je deviens plus gros (micro-capillaire)
3
Q
Qu’est-ce que le modèle de réponse hémodynamique?
A
- La fonction de réponse hémodynamique reflète un afflux d’hémoglobine oxygéné (accompagné d’un changement local du flux et du volume sanguin), qui suit une augmentation d’activité neuronale
- Bleu : brève augmentation de l’activité neuronale
- Rouge : utilisation du niveau d’oxygène (concentration du sang oxygéné)
- Lorsque le neurone travaille plus fort, on envoie plus de sang oxygéné (on en envoie beaucoup plus que la demande, le cerveau surcompense la demande). C’est ce qui se passe au niveau physiologique
4
Q
Quelles sont les différentes entre l’oxy- et la déoxy- hémoglobine et quels impacts ont-elles respectivement?
A
5
Q
- La présence de dioxygène change les propriétés magnétiques de l’hémoglobine
- Spécifiquement, la désoxyhémoglobine est paramagnétique, et vient perturber le champ magnétique local
- Selon qu’il y a de l’oxygène ou pas : pas du tout la même forme et n’a pas du tout les mêmes propriétés magnétiques
- Déoxy : comme un petit aimant, vient perturber le champ magnétique local
- Oxy : ne perturbe pas le champ magnétique local
- Donc quand on voit une augmentation du déoxy local, on va voir une perturbation du champ magnétique local
- Lorsqu’une molécule comme la désoxyhémoglobine est présente, les spins se déphasent plus rapidement. Il est possible de modifier la séquence d’IRM pour éliminer ce phénomène, et c’est ce que l’on fait pour obtenir une image pondérée en T2 traditionnelle. Si l’on ne modifie pas la séquence, le paramètre de décroissance apparait plus court, et c’est ce qu’on appelle le T2*
- Déphasage fait en sorte que le signal décroit très rapidement
- Pourquoi se déphase? Tous les petits protons sont comme des petits aimants eux-mêmes donc vont venir se déphaser un peu entre eux (ce qui donne T2), mais on a aussi déoxy qui va venir déphaser encore plus en amenant des inhomogénéités dans le champ (ce qui donne T2*)
- T2* : T2 qui prend en compte les inhomogénéités dans le champ et représente ce qu’on observe en pratique
- Champ magnétique homogène = le champ pointe exactement dans la même direction partout avec la même force
- Pour mesurer seulement le T2, on devrait donc faire d’autres calculs pour enlever les inhomogénéités
A
6
Q
Qu’est-ce que le signal “blood-oxygenation level-dependant”?
A
- Caractéristique importante d’un modèle mathématique de la réponse hémodynamique qui suit une impulsion neuronale.
- Ne mesure pas l’activité neuronale, c’est juste que les deux sont connectés par le couplage neurovasculaire
- Signal n’a pas vraiment une unité et n’a pas de valeur absolue
- Signal augmente : plus de sang oxygéné par rapport à la quantité totale de sang dans le voxel et vice-versa lorsque le signal diminue
- Atteint son pic environ 5 secondes après l’excitation (prends au moins 1 à 2 secondes pour démarrer)
- On peut même voir une diminution en-dessous du niveau de base (undershoot) pour revenir au niveau de base environ 15-20 sec après
7
Q
À quoi sert le modèle de réponse hémodynamique?
A
- La fonction de réponse hémodynamique cherche à modéliser le lien entre activité neuronale et signal BOLD comme un système. Le premier modèle quantitatif du couplage neurovasculaire est le « modèle du ballon »
- Doit modéliser le signal pour avoir une réponse en IRMf
- On doit donc postuler des hypothèses
- On peut donc dire qu’on a besoin d’une entrée (excitation qui va augmenter mon activité neuronale) qui va générer une sortie (mesure d’activité BOLD)
8
Q
Qu’est-ce que l’hypothèse de l’additivité?
A
- En modélisation mathématique, une hypothèse courante sur le couplage neurovasculaire est qu’il est additif : la réponse à plusieurs impulsions courtes est la somme des réponses à ces impulsions, prises de manière isolée.
- Donc, dit p.ex. qui si on donne un stimulus de 3sec, ce serait comme trois stimulations de 1sec collées
- On peut voir la réponse à un stimulus de 3sec et 3 stimulus de 1 sec, et on s’attend à ce que la réponse au stimulus de 3sec soit équivalente à l’addition de 3 réponses au stimulus de 1sec
- La réponse à un stimulus long va être équivalente à la réponse additionnée de stimuli courts
- La réponse à un stimulus long va être plus forte qu’à un stimulus court (plus de sang)
- L’hypothèse veut donc dire qu’on n’observe pas d’habituation ou d’adaptation
9
Q
L’hypothèse de l’additivité a-t-elle été confirmée?
A
- Mesure simultanée de l’activité LFP et BOLD (cortex visuel) chez le singe
- Semble assez bien confirmée l’additivité
- Réponse à des stimulations de 3, 6, 12 et 24 secondes respectivement.
- On peut donc voir que les courbes (prédiction et activité réelle) se ressemble beaucoup jusqu’à la stimulation de 12 sec, à partir de la stimulation de 24 sec on voit les divergences
- On peut donc dire que l’hypothèse additive est largement vérifiée mais à partir de 24 secondes, il y a un effet de saturation
- Activité LFP : activité neuronale
- Modèle de réponse hémodynamique est un modèle mathématique avec des hypothèses qui sont valides dans la plupart des cas et non-valides lorsqu’on arrive à des stimulations très longues
10
Q
Quelles sont les étapes du pré-traitement des données en IRMf?
A
- Recalage d’images
- Filtrage de facteurs de non-intérêt
- Lissage spatial
- Analyse statistique
11
Q
Quelles sont les caractéristiques du recalage linéaire de l’IRMf?
A
- Au cours du temps, le sujet de recherche bouge un peu. Un recalage rigide est utilisé pour compenser ces mouvements.
- Transformation rigide –> 3 rotations et 3 translations
- Recalage est utilisé pour des fins différentes ici
- Morphométrie : utilisé pour mettre en correspondance des images de cerveaux de personnes différentes
- Ici, p.ex., si l’expérience dure 10min, il se peut que la personne bouge un petit peu et donc on va vouloir mettre les images en correspondance au sein de notre propre film
- Ce sont des transformations rigides ici car on n’a pas besoin des transformations non-linéaires ou même des mises à l’échelle car c’est la même personne
12
Q
Qu’est-ce que le recalage de mouvement?
A
- Un recalage différent est estimé pour chaque échantillon temporel.
- Paramètres de mouvement : 3 rotations, 3 translations pour chaque volume
- On a 3 paramètres de rotation et 3 paramètres de translation pour chaque unité de volume de notre mesure
13
Q
Qu’est-ce que le recalage BOLD vers T1?
A
- On va vouloir recaler l’image avec une image structurelle
- Pas besoin de faire un recalage dans un espace stéréotaxique
- Puisque l’image T1 a été faite à un moment différent, il va souvent y avoir des mouvements et donc on peut effectuer un recalage rigide
- Mais on n’a pas le même type d’image entre IRMf et T1 (ventricules sont en blancs dans le 1er et noir dans l’autre)
14
Q
Qu’est-ce que le recalage T1 vers espace stéréotaxique?
A
- On va donc devoir la recaler vers un espace stéréotaxique puisque ce n’est pas le même type d’image
- On a donc corrigé nos mouvements et on a mis nos données dans le même espace stéréotaxique
- Recalage est une activité plus globale sur tout le cerveau
15
Q
Qu’est-ce que le lissage spatial?
A
- Une opération de lissage spatiale est appliquée pour : 1- améliorer le rapport signal sur bruit et 2- réduire l’impact des imperfections du recalage inter-sujets
- Lissage est un peu comme si on remplaçait nos petits voxels par des voxels un peu plus gros, mais nous permet d’améliorer notre rapport signal/bruit
- Car on moyenne sur un gros voisinage, permet que les problèmes de recalage aient moins d’impact, que l’IRMf soit moins sensible aux différences inter-sujet/différences anatomiques inter-sujet (on perd donc un peu de résolution spatiale pour d’autres avantages)
- En principe, les études vont se situer entre 5 à 8mm
- Activité qui moyenne les voxels
