Les techniques d’imagerie cérébrale

Les méthodes électromagnétiques

L’électro-encéphalographie, mise au point en 1929 par Berger, mesure par l’intermédiaire de petites électrodes l’influx nerveux des neurones activés dans le cerveau. La méthode des « potentiels évoqués cognitifs » (ou ERP en anglais) consiste à mesurer les différences d’activité électrique du cerveau lorsque le sujet est soumis à des tests cognitifs. Comme le cerveau a toujours une activité électrique même en situation de repos et que le bruit de fond (dû notamment au clignement des yeux) brouille le signal, les tests sont répétés de nombreuses fois pour que l’expérimentateur puisse faire la moyenne des signaux mesurés (et ceci en général sur plusieurs sujets). Le signal moyen obtenu s’appelle le « potentiel évoqué ». Cette méthode présente l’avantage de réaliser des mesures de temps de réaction du cerveau à des tests donnés, ce qui donne une idée de la complexité du traitement opéré par le cerveau, et de différencier des activités successives séparées de quelques millisecondes. Par contre, l’EEG ne permet pas de détecter des signaux venant de zones assez profondes du cerveau, puisqu’ils sont trop atténués.

La magnéto-encéphalographie mesure les champs magnétiques dus à l’activité électrique des neurones, sans contact direct avec la tête du sujet. Ces champs magnétiques étant beaucoup plus faibles que le champ magnétique terrestre, la MEG nécessite une chambre blindée, à laquelle s’ajoute le refroidissement à l’hélium liquide de ses 100 capteurs supraconducteurs ultra-sensibles, ce qui implique un très gros investissement. Cette technique permet, en plus des avantages de l’EEG, de mesurer des signaux des zones profondes et complète de manière efficace les résultats obtenus par l’IRMf.

 

Les méthodes utilisant l’afflux sanguin

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) mesure indirectement l’augmentation du débit sanguin (qui fait suite à l’activation des neurones, mais avec un décalage de quelques secondes), en utilisant la propriété de l’hémoglobine privée d’oxygène (la désoxy-hémoglobine) qui est de perturber un champ magnétique. Le signal obtenu appelé BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) donne accès à une coupe du cerveau. Un lourd traitement consiste ensuite à superposer les différentes coupes (il faut environ 40 coupes pour tout le cerveau), à corriger les mouvements éventuels du sujet, puis à faire une comparaison avec un cerveau dit standard. Les réponses à chaque stimulus sont combinées avec les coupes du cerveau pour obtenir une carte statistique 3D en couleur qui évolue dans le temps. L’image obtenue est plus précise qu’avec l’EEG ou la MEG, mais les inconvénients sont nombreux : confinement du sujet, bruit important de l’appareil, fort champ magnétique, beaucoup de répétitions de l’expérience, lourd traitement informatique.

La tomographie par émission de positons (TEP) consiste à injecter au sujet un marqueur radioactif (eau ou glucose) qui se désintégrera en formant des positons (anti-particules associées aux électrons), et ce d’autant plus que la zone du cerveau est irriguée en sang. L’énergie issue de la réaction des positons avec les électrons est détectée et analysée pour identifier précisément les zones activées du cerveau. Cette méthode est presque aussi performante que l’IRMf tout en étant plus visuelle, mais nécessite la fabrication de la solution radioactive sur place et limite les expérimentations à la dose radioactive autorisée.

 

Cet article de blog est un développement du Dossier d’actualité Veille & Analyses IFÉ n° 86 (septembre 2013) : « Neurosciences et éducation : la bataille des cerveaux ». Vous trouverez la liste des articles de blog associés à ce Dossier sur la page de présentation et les références correspondantes regroupées dans notre bibliographie collaborative qui comprend les références complètes et les accès éventuels aux articles cités (libres ou payants selon les abonnements électroniques de votre institution).


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