Où va l`imagerie du Vivant ? - Conférence débat de l`Académie des

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Conférence-débat
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
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,
M
embre de l’Académie des
sciences, Directeur de NeuroSpin, CEA-Saclay
(Commissariat à l'Energie Atomique et aux
Energies Alternatives)
15 h 30
Nouveaux développements en ima
g
erie
ultrasonore : de l’imagerie d’élasticité à
l’imagerie fonctionnelle
Mathias FINK, Membre de l’Académie des
sciences, Directeur du Laboratoire Ondes et
acoustique,
E
cole Supérieure de Physique et de
Chimie Industrielles, ParisTech, à Paris
16 h 00
Où va l’imagerie nanoscopique ?
Daniel CHOQUET,
M
embre 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
Académie
des sciences
Grande salle
des séances
Palais de
l’Institut de
France
23, quai de
Conti
75006 Paris

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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.

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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.

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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.

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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.