Cours 4 - Cartes d'activation en IRMf Flashcards
Quel appareil utilise-t-on pour obtenir des cartes d’activation en IRMf? Comment fait-on cette acquisition?
L’IRMf (fonctionnel) utilise le même appareillage que l’IRMs (structurel) dans le but de vérifier l’implication de certaines régions dans certaines tâches.
Pour ce faire, les participants dans l’IRM réalisent des tâches et l’on regarde les régions d’activation cérébrale (zones de couleur suite à des analyses).
Quelles sont les dimensions de l’IRMf et que change-t-elle au niveau des acquisitions?
4D :
- axe des x
- axe des y
- axe des z
- temps
Plutôt que d’obtenir une image du cerveau pour chaque participant, nous obtenons plusieurs images du cerveau (soit une série de volumes cérébraux correspondant à différents moments dans le temps - au niveau du voxel, nous avons une série temporelle de signal BOLD).
Qu’en est-il de la résolution spatiale et temporelle de l’IRMf?
Résolution spatiale = échelle de 1 à 3 mm
***comparativement à l’IRMs qui est beaucoup plus précise avec une échelle de 1 mm à quelques 100 μm.
(Pour présenter cette idée autrement : Les voxels recueillis en IRMf) sont près de 30 fois plus gros que les voxels en IRMs.)
Résolution temporelle = beaucoup plus précis du fait que les changements sont observables en quelques centaines de ms à quelques secondes
*** contrairement à l’IRMs qui prend typiquement des mois ou des années.
Lorsqu’on choisit une séquence d’IRMf, on est souvent amené à privilégier la résolution temporelle versus spatiale. On peut par exemple faire des images du cerveau entier en 700 ms avec une résolution spatiale de 3 x 3 x 3 mm3, ou bien acquérir la même image avec une résolution spatiale de 2 x 2 x 2 mm3, mais cette fois-ci en 1500 ms.
Qu’est-ce que le couplage neurovasculaire?
Représente une connexion indirecte entre les neurones et la vascularisation.
Lors de la transmission de neurotransmetteurs dans la fente synaptique, il y a une forte demande énergétique. Ce sont les astrocytes (glie) qui sont responsables des processus chimiques liés aux neurotransmetteurs (assemblage et désassemblage) et ces derniers ont donc besoin d’un apport en oxygène et en glucose. Cet apport est prélevé au niveau des capillaires sanguins.
Donc, lorsque l’activité neuronale est en augmentation, la vascularisation répond avec un afflux de sang oxygéné. C’est ce qui guide le signal IRMf (via le couplage).
Expliquer comment l’hémoglobine est responsable des acquisitions en IRMf.
L’hémoglobine n’a pas la même forme, ni les mêmes propriétés magnétiques, selon qu’elle soit porteuse d’oxygène ou pas et c’est ce principe qui permet la mesure du signal BOLD (signal acquis en IRMf).
Oxyhémoglobine : Elle est diamagnétique et n’a pas d’effet sur le champ magnétique. Comme l’acquisition en IRMf est pondérée en T2* qui est sensible à la phase et que l’oxyhémoglobine n’a pas d’effet sur le champ magnétique, la phase est intouchée et la courbe T2* décroît plus lentement (augmentant ainsi le signal BOLD).
Désoxyhémoglobine : Hémoglobine ne portant plus l’oxygène. Possède des propriétés paramagnétiques altérant le champ magnétique local (autour d’elle). Cela fait en sorte que le déphasage (vers B0) des protons est accéléré, que la courbe T2* décroît plus rapidement et réduit le signal BOLD.
Quelle est la différence entre les courbes T2 et T2*?
T2 = courbe représentant le déphasage des spins des protons d’oxygène lors d’une acquisition en IRM structurel.
T2* = courbe représentant le déphasage des spins des protons d’oxygène en tenant compte du signal BOLD lors d’une acquisition en IRM fonctionnel.
Quels sont les liens entre l’hémoglobine, les propriétés magnétiques, le signal BOLD et la courbe T2*?
En présence de désoxyhémoglobine :
- Altère le champ magnétique (paramagnétique)
- Réduit le signal BOLD
- T2* décroît plus rapidement
En présence d’oxyhémoglobine :
- Pas d’altération du champ magnétique (diamagnétique)
- Augmenter le signal BOLD
- T2* décroît plus lentement
Expliquer la relation entre l’activité neuronale et le signal BOLD. Quelles sont les caractéristiques de la réponse hémodynamique?
Suite à une impulsion neuronale en réponse une stimulation, la réponse vasculaire (signal BOLD) augmentera présentant un léger délai.
Caractéristiques de la réponse hémodynamique:
- La résolution temporelle: il s’agit d’une réponse lente, qui dure entre 15 à 20 secondes suivant le stimulus (reflète le délai entre l’activation neuronal et la réponse vasculaire)
- Le temps avant l’atteinte de l’amplitude maximale: de 4 à 6 secondes
- Creux post-stimulation (Undershoot): décroît à partir de l’amplitude maximale jusqu’à se retrouver sous la ligne de base.
- Retour à la ligne de base: La fonction retrouve le niveau précédant la stimulation après environ 15 à 20 secondes (suivant le même délai)
- Amplitude maximale: L’ordre du changement relatif du signal BOLD atteint environ 5% pour des
stimulations d’ordre sensorielle, alors qu’elle est plutôt de 0,1 à 0,5% pour d’autres paradigmes cognitifs (c’est ce que nous cherchons en IRMf lorsque nous voulons estimer la réponse cérébrale à une stimulation).
Résumé le principe physiologique de l’IRMf.
Neurones impactent les astrocytes (la glie) → Astrocytes impactent la vascularisation → La vascularisation (hémoglobine) impacte la mesure T2* → T2* permet de faire une mesure du signal BOLD (blood oxygénation level-dependant).
Expliquer l’hypothèse d’un système additif.
Il est possible de modéliser la réponse hémodynamique et la réponse neuronale.
Un système est dit additif si la réponse à plusieurs impulsions correspond à la somme des réponses à ces impulsions prises indépendamment.
En sachant la réponse à un stimulus court, il est possible de prédire la réponse à un stimulus plus long.
Le but de cette modélisation est de pouvoir estimer la réponse (en tant que somme) à une tâche ou condition donnée.
Ce pouvoir prédictif du modèle se base sur :
- la linéarité du système (qui permet le principe d’additivité)
- L’invanriance dans le temps
Quelles sont les étapes d’analyse morphométrique en IRMf
1- Recalage d’images
2- Filtrage de facteurs de non-intérêt
3- Lissage spatiale
4- Analyses statistiques
Expliquer l’étape de recalage d’images dans l’analyse morphométrique en IRMf.
Plusieurs recalages peuvent être fait en IRMf.
1- Recalage pour les mouvements (le plus nécessaire):
Ici, le recalage est inter-sujet, car on compare les activations cérébrales chez un même sujet. Le recalage des différentes acquisitions (échantillons temporels) est nécessaire car un même sujet tend à faire de légers mouvements, durant les acquisitions.
On fait un recalage linéaire/affine rigide, soit une transformation à 2 paramètres:
- Rotation (selon x, y et z)
- Translation (selon x, y et z)
***Remise à l’échelle pas nécessaire, car le cerveau du sujet ne change pas de taille.
Le volume de référence (image cible) vers lequel nous allons recaler nos acquisitions est soit la première acquisition (image), la dernière acquisition ou une moyenne des acquisitions.
2- Recalage BOLD vers T1:
Puisque l’IRMf a une moins bonne résolution spatiale que l’IRM T1, on peut recaler l’acquisition en IRMf vers une image structurelle obtenue en IRM T1. Les activations BOLD seront donc plus facile à localiser dans le cerveau.
3- Recalage vers l’espace stéréotaxique:
Pour les comparaisons inter-individuelles (ou analyses de groupe), on cherche à faire correspondre les images acquises (en T1) chez différents individus vers une image de base, soit l’espace stéréotaxique (aussi en T1).
Expliquer l’étape du filtrage des facteurs de non-intérêt dans l’analyse morphométrique en IRMf.
Facteurs de non-intérêt (ou facteurs confondants) = des éléments de différentes sources possibles (Ex. respiration, battements cardiaques, bruit ou mouvement, les dérives lentes, etc.) que l’on veut retirer du signal.
Les dérives lentes = des changements lents dans les données qui rendent compte d’instabilités dans le champ magnétique lors de la prise de mesure qui donnent l’impression d’une augmentation de l’activité BOLD (sans unité) sur plusieurs minutes.
-> on peut se débarrasser en appliquant un filtre passe-haut (conservant les fréquences supérieures à un certain seuil).
Les facteurs confondants se présentent par différentes fréquences sur le spectre et peuvent être traitées et ainsi retirées du signal, en utilisant un filtre approprié.
*** Cette étape est propre à l’IRMf, car cette dernière a une composante temporelle.
Expliquer l’étape du lissage spatiale dans l’analyse morphométrique en IRMf.
Deux objectifs:
- Améliorer le rapport de signal à bruit.
- Réduire l’impact des imperfections du recalage inter-sujet (soit dans l’espace stéréotaxique) ou de petites différences anatomiques.
Même lissage qu’en la VBM, soit prendre les voxels de l’image et de remplacer la valeur de ceux-ci par la valeur pondérée considérant les voxels voisins (via le paramètre de FWHM).
Expliquer l’étape des analyses statistiques dans l’analyse morphométrique en IRMf.
Étape pour comparer :
- De façon intra-sujet -> analyse de l’effet de la manipulation expérimentale en analysant les séries temporelles séparément pour chacun des sujets.
- De façon inter-sujet -> analyse de l’effet de groupe, en analysant la combinaison des données individuelles (analyse intra-sujet) afin de comparer les résultats entre les sujets.
Les contrastes (différence entre ‘avec stimulation’ VS ‘sans stimulation’) obtenus sont faits pour chacun des voxels* du cerveau permettant de générer une carte statistique cérébrale. Permet de quantifier quelles régions spécifiques sont davantage activées lors de la tâche.
*Via la régression univariée massive - Idée qu’on utilise un modèle mathématique de la réponse attendue à la tâche pour essayer d’évaluer l’amplitude des fluctuations liés à la tâche… Et ainsi, obtenir la carte d’activation statistique.
