Où va l`imagerie du Vivant ? - Conférence débat de l`Académie des
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Conférence débat de l’Académie des sciences OÙ VA L’IMAGERIE DU VIVANT ? Mardi 24 janvier 2012 de 14h30 à 17h30 Organisateur : Denis JÉROME, Membre de l’Académie des sciences Académie Conférence-débat des sciences 14 h 30 Introduction Maurice GOLDMAN, Membre de l'Académie des sciences, directeur de recherche honoraire au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) 14 h 45 Où va l’IRM ? Denis LE BIHAN, Membre de l’Académie des sciences, Directeur de NeuroSpin, CEA-Saclay (Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives) Grande salle des séances Palais de l’Institut de France 23, quai de Conti 75006 Paris 15 h 30 Nouveaux développements en imagerie ultrasonore : de l’imagerie d’élasticité à l’imagerie fonctionnelle Mathias FINK, Membre de l’Académie des sciences, Directeur du Laboratoire Ondes et acoustique, Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles, ParisTech, à Paris 16 h 00 Où va l’imagerie nanoscopique ? Daniel CHOQUET, Membre de l’Académie des sciences, directeur de l'Institut Interdisciplinaire de Neuroscience et du Bordeaux Imaging Center à Bordeaux 17 h 00 Discussion générale et conclusion Contact : Académie des sciences de l’Institut de France Service des séances – [email protected] Où va l’imagerie du vivant ? Introduction Maurice Goldman Membre de l'Académie des sciences, directeur de recherche honoraire au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) L’imagerie a fait son entrée en médecine à la fin du XIXème siècle, en l’espèce de la Radiographie, à la suite de la découverte des rayons X. Elle s’est dès l’abord révélée comme un outil révolutionnaire pour la médecine et la chirurgie. Elle a par la suite continuellement évolué au gré de l’évolution des techniques, des sophistications de sa pratique et de ses applications, ainsi que des progrès dans la compréhension des dangers radiologiques. Le contraste des images résulte de l’absorption des rayons X par les tissus, différente pour les diverses espèces atomiques. La radiographie demeure jusqu’à nos jours la méthode d’imagerie médicale la plus répandue et la plus utilisée. Au début des années 1970 sont apparues et se sont développées essentiellement trois nouvelles techniques d’imagerie rendues possibles par les progrès de l’informatique. La scannographie (ou scanner) utilise encore des rayons X, mais avec un générateur tournant, et permet d’obtenir des images à deux, puis à trois dimensions, en particulier des tissus mous mal discriminés par la radiographie habituelle. L’imagerie par résonance magnétique (IRM), pratiquée dans un aimant et utilisant des rayonnements électromagnétiques dans la gamme des ondes radio, consiste à observer la résonance magnétique de spins nucléaires, essentiellement ceux des protons de l’eau, sous application successive de gradients de champs appropriés. Le contraste des images dépend de la concentration des espèces de spins et de la mobilité locale du milieu. Enfin, l’échographie utilise la réflexion d’ondes ultrasonores incidentes par les tissus vivants. Le contraste provient de l’influence de la viscosité de ces tissus sur leur réflectivité. La particularité, et grand avantage, de ces deux dernières méthodes est que, n’utilisant pas de rayonnements ionisants, elles ne provoquent pas de dommages sur les tissus : elles sont dites « non-invasives ». Dans la présente conférence-débat seront présentés et discutés les progrès et perspectives de trois méthodes d’imagerie extrêmement innovantes : l’IRM fonctionnelle, essentiellement du cerveau, basée sur la production naturelle d’agents de contraste ; l’imagerie ultrasonore ultrarapide de l’élasticité des tissus ou des flux sanguins, utilisant entre autres des ondes acoustiques de cisaillement ; une imagerie de super-résolution permettant la détection et le suivi de molécules uniques, illustrée par l’étude de récepteurs de neurotransmetteurs sur les synapses. Contact : Académie des sciences de l’Institut de France Service des séances – [email protected] Où va l’IRM ? Denis Le Bihan Membre de l’Académie des sciences, Directeur de NeuroSpin, CEA-Saclay (Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives) La compréhension de la manière dont le cerveau fonctionne présente un potentiel considérable, non seulement pour la santé (prise en compte des dépenses liées à la gestion des patients en psychiatrie et en neurochirurgie ou plus simplement celles liées à une population vieillissante), mais aussi pour l'amélioration de la cognition humaine en général (par de meilleures méthodes d'enseignement, de communication entre les individus, du développement d'interface homme-machine, etc.). Aujourd'hui, l'imagerie du cerveau est le seul moyen non invasif pour obtenir des informations sur les mécanismes sous-tendant le fonctionnement du cerveau, que cela soit dans un cerveau sain ou malade. Les approches actuelles en imagerie du cerveau humain, tel que l'IRM, permettent de visualiser en détail et en 3-D l'anatomie du cerveau des individus, les réseaux de régions du cerveau qui sont activés par des fonctions cognitives supérieures, et même les états inconscients, ainsi que les connexions entre ces régions. Cependant, ces images restent à un niveau macroscopique (millions de neurones), tandis que les techniques invasives dans les animaux et les tissus explorent de très petits groupes de neurones. Cet écart important doit être comblé pour comprendre comment le cerveau fonctionne puisque les interactions et les synergies existent entre tous les niveaux du cerveau. Par conséquence, un défi important pour l'imagerie du cerveau est de repousser les limites aussi loin que possible afin d'explorer le cerveau dans des échelles temporelles et spatiales qui pourraient permettre d'accéder au code neural. Contact : Académie des sciences de l’Institut de France Service des séances – [email protected] Nouveaux développements en imagerie ultrasonore : de l’imagerie d’élasticité à l’imagerie fonctionnelle Mathias Fink Membre de l’Académie des sciences, Directeur du Laboratoire Ondes et acoustique, Ecole Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles, ParisTech, à Paris Nous décrirons les développements les plus récents en imagerie ultrasonore et plus particulièrement l’impact des nouvelles techniques d’imagerie ultrarapides du corps humain. En obtenant des cadences de plus de 10.000 images par seconde, les processeurs à retournement temporel permettent d’observer aussi bien la propagation d’ondes mécaniques de cisaillement dans les tissus que les écoulements sanguins les plus faibles. L’observation des ondes de cisaillement permet de dresser la carte de l’élasticité des tissus et améliore le diagnostic des cancers dans de nombreux organes (sein, thyroïde, foie, rein et prostate). Dans le domaine cardiovasculaire la dynamique de l’élasticité au cours du cycle cardiaque apporte des informations quantitatives essentielles au diagnostic. Enfin l’observation des écoulements sanguins à des cadences aussi élevées permet d’imager les flux sanguins avec une sensibilité 100 fois meilleure que celles des techniques classiques d’imagerie doppler. Grâce aux ultrasons, on peut alors observer la dynamique de la micro vascularisation du cerveau et réaliser des images fonctionnelles avec une résolution spatiale et temporelle inégalée. Contact : Académie des sciences de l’Institut de France Service des séances – [email protected] Où va l’imagerie nanoscopique ? Daniel Choquet Membre de l’Académie des sciences, directeur de l'Institut Interdisciplinaire de Neuroscience et du Bordeaux Imaging Center à Bordeaux Les récepteurs de neurotransmetteurs sont concentrés dans des domaines membranaires spécialisés, les synapses. Le nombre de récepteurs au niveau des synapses détermine l'efficacité de la transmission synaptique, un paramètre déterminant des mécanismes de mémoire et d'apprentissage. La connaissance des mécanismes de contrôle du trafic des récepteurs vers et hors des synapses est donc de première importance, d'autant plus que ces processus sont susceptibles d'être à la base de nombreuses pathologies telles que les maladies neurodégénératives ou psychiatriques. Au cours des dernières années, les connaissances sur le rôle et les propriétés de diffusion des récepteurs ont fait un pas en avant important grâce au développement des techniques de détection et de suivi de molécules uniques (Single Particle Tracking) et les approches de super-résolution. Toutefois, la sous-distribution des récepteurs dans des sous-domaines dans les neurones vivants, ainsi que la dynamique des récepteurs dans ces sous-domaines reste mal connue. Nous présenterons d'une part les principes des nouvelles techniques d'imagerie de super résolution qui permettent de s'affranchir de la limite de diffraction, d'autre part l'application de ces approches à l'étude du trafic des récepteurs du glutamate et sa régulation par l'activité neuronale. Contact : Académie des sciences de l’Institut de France Service des séances – [email protected]
