les quatres méthodes les plus importantes - TA

Centre d’évaluation des choix technologiques
auprès du Conseil suisse de la science et de la technologie
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Procédés d’imagerie en recherche cérébrale :
les quatre méthodes les plus importantes
Les procédés d’imagerie permettent d’obtenir des aperçus de l’intérieur du cerveau par des images qui ne
sont pas des photographies, mais des reconstitutions dépendant d’un grand nombre des paramètres
physiques. Pour cela, des appareils de mesure collectent les données nécessaires. Les techniques
d’imagerie permettent d’étudier aussi bien la structure que le fonctionnement du cerveau (voir aussi le
Tableau « procédés d’imagerie utilisés dans la recherche sur le cerveau »).
1. La tomographie par résonance magnétique (TRM ou IRM)
Souvent appelée IRM (imagerie par résonance magnétique), cette méthode produit les images les plus
précises pour examiner la structure du cerveau. Elle mesure les signaux générés dans le corps par un
champ magnétique extrêmement fort en combinaison avec des ondes radio. L’unité de mesure permettant
de quantifier l’intensité de champs magnétiques est le tesla. Les appareils IRM utilisés actuellement
travaillent avec des intensités de champ de 1,5 à 3 teslas, soit de l’ordre de 50 000 fois celle du champ
magnétique terrestre. Des appareils encore plus puissants sont en développement pour la recherche.
Lorsqu’une personne est exposée à un champ magnétique d’une telle intensité, les noyaux des atomes
d’hydrogène au sein de son corps s’orientent dans une certaine direction. Or l’hydrogène est un composant
de tous les tissus humains. L’on recourt en outre à des ondes radio pour induire ces noyaux à émettre des
signaux. Ceux-ci dépendent, entre autres facteurs, de la mesure dans laquelle le champ magnétique
appliqué a éloigné leurs sources, donc les noyaux, de leur position originelle. Ces signaux sont captés par
un appareil de mesure et les données résultantes transmises à un ordinateur qui calcule la répartition
spatiale et les propriétés magnétiques des noyaux d’hydrogène ainsi activés lors de l’expérimentation. Les
informations obtenues par ce biais permettent à leur tour d’établir des images très détaillées du tissu étudié.
Dans l’état actuel des connaissances, les intensités des champs magnétiques appliqués aujourd’hui sont
inoffensives pour le corps humain. Jusqu’à présent, il n’a pas été démontré non plus que les ondes radio
aient un quelconque effet nocif.
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2. L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)
L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est devenue l’une des principales méthodes
d’investigation des neurosciences cognitives. Le principe de mesure est le même que celui de l’IRM. Ce ne
sont simplement pas les signaux des atomes d’hydrogène que les appareils repèrent, mais ceux de
l’hémoglobine. Celle-ci assure le transport de l’oxygène dans le sang entre les poumons et les endroits où
cet élément est nécessaire au métabolisme, telles les cellules du cerveau. En cédant son oxygène,
l’hémoglobine change ses propriétés magnétiques. Et c’est de ce phénomène dont se sert l’IRMf. Ainsi,
cette méthode mesure dans le cerveau la répartition de l’hémoglobine chargée en oxygène et celle de
l’hémoglobine qui ne l’est pas. Tirer des déductions sur le fonctionnement du cerveau à partir de ses
processus métaboliques est possible du fait que ses régions particulièrement actives reçoivent beaucoup de
sang oxygéné. La force probante de ces résultats est toutefois quelque peu diminuée en raison du caractère
indirect des mesures. La circulation de l’oxygène dans le cerveau n’est, en effet, qu’une conséquence de
l’activité des cellules et non pas cette activité elle-même. Le rapport entre celle-ci et la teneur en oxygène du
sang est néanmoins jugé suffisant pour assurer le bien-fondé des déductions.
3. Tomographie par émission de positrons (TEP)
La TEP permet de détecter les activités métaboliques tissulaires. Pour cela, l’appareil mesure les signaux
émis par des traceurs radioactifs. Ces radioéléments sont introduits dans l’organisme des sujets
d’expérimentation juste avant de procéder aux mesures. Acheminés par l’appareil circulatoire, ils atteignent
le cerveau en quelque 30 secondes. Leur décroissance radioactive engendre un rayonnement qui est
mesuré par l’appareil. Les données ainsi recueillies peuvent servir à calculer aussi bien des images en
coupe transversale que des vues tridimensionnelles du tissu dans lequel le traceur a circulé.
Le recours à la radioactivité exige impérativement la prise de mesures de sécurité. Ainsi, l’on veille à ce que
la dose de rayonnement soit aussi faible que possible. Et l’on n’utilise généralement pas de substances qui
pourraient s’accumuler dans le corps, la préférence étant donnée aux molécules dont le temps de demi-vie
est court. Il existe en Suisse, tant en ce qui concerne les personnes examinées que les intervenants, des
normes définissant les doses maximales d’irradiation admises. Les consignes sont particulièrement sévères
pour ce qui est des femmes de moins de 45 ans. Sauf exception, les enfants ne sont soumis à une TEP que
si une raison clinique le justifie.
4. L’électroencéphalographie (EEG)
Le cerveau « au travail » produit des signaux électriques en permanence du fait que la transmission des
stimuli entre les cellules nerveuses (neurones) se fait par voie électrique. Ces signaux peuvent être captés
par le biais d’électrodes fixées sur le cuir chevelu et visualisés à l’aide d’appareils très sensibles. Les
signaux qui sont captés à la surface du crâne ne permettent toutefois qu’une détermination indirecte de la
région cérébrale qui les a déclenchés. Et ce n’est que depuis quelques années que l’EEG a été affinée au
point d’en faire une méthode permettant aussi de dire à quels endroits du cerveau une certaine activité se
manifeste. La condition nécessaire à cette localisation est l’utilisation d’un grand nombre d’électrodes. Les
valeurs qu’elles mesurent sont traitées par un ordinateur pour fournir une image de la répartition des
activités cérébrales enregistrées. La précision croissante de ces reconstitutions fait de l’EEG une technique
très prometteuse.
L’un des gros avantages de l’EEG est d’être d’une utilisation pour ainsi dire exempte de risques. Elle
mesure, en effet, des signaux qui sont produits par le cerveau lui-même et donc sans qu’une excitation
d’origine externe – qu’il s’agisse de rayonnements ou de produits chimiques – soit nécessaire.
Tableau (non exhaustif) des procédés d’imagerie utilisés dans la recherche sur le cerveau
Modalité
d’imagerie
Recherche sur les
structures du cerveau
Recherche sur les
fonctions du cerveau
TRM
(IRM)
IRMf
Oui
Non
Plus petite
structure
reconnaissable
1 mm
Non
Oui
1 mm
TEP
Non
Oui
2 mm
Champ magnétique et
ondes radio
Champ magnétique et
ondes radio
Marqueurs radioactifs
EEG
Non
Oui
10 mm
Aucune1)
Stimulation externe
1) Ce procédé mesure les courants électriques générés par le cerveau lui-même.
03.05.2006
Dr. Adrian Rüegsegger, TA-SWISS, chef du domaine biotechnologie et santé,
T 031 324 14 58,