Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle

le imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est une méthode de tomographie par résonance magnétique pour la représentation visuelle des changements physiologiques dans le corps. Il est basé sur les principes physiques de la résonance magnétique nucléaire. Dans un sens plus étroit, le terme est utilisé en relation avec l'examen des zones activées du cerveau.

Qu'est-ce que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle?

Sur la base de la tomographie par résonance magnétique (MRT), le physicien Kenneth Kwong a développé une tomographie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour visualiser les changements d'activité dans les différentes zones du cerveau. Cette méthode mesure les changements du flux sanguin cérébral qui sont liés aux changements d'activité dans les zones correspondantes du cerveau via le couplage neurovasculaire.

Cette méthode utilise l'environnement chimique différent des noyaux d'hydrogène mesurés dans l'hémoglobine du sang pauvre et riche en oxygène. L'hémoglobine oxygénée (oxyhémoglobine) est diamagnétique, tandis que l'hémoglobine sans oxygène (désoxyhémoglobine) a des propriétés paramagnétiques. Les différences dans les propriétés magnétiques du sang sont également connues sous le nom d'effet BOLD (effet dépendant du niveau d'oxygénation du sang). Les processus fonctionnels dans le cerveau sont enregistrés sous la forme d'une série d'images en coupe.

De cette manière, les changements d'activité dans les zones cérébrales individuelles peuvent être examinés à travers des tâches spécifiques sur le sujet de test. Cette méthode est initialement utilisée pour la recherche fondamentale pour comparer les schémas d'activité chez les personnes témoins en bonne santé avec les activités cérébrales des personnes atteintes de troubles mentaux. Dans un sens plus large, cependant, le terme tomographie par résonance magnétique fonctionnelle comprend également la tomographie par résonance magnétique cinématique, qui décrit la représentation en mouvement de divers organes.

Fonction, effet et objectifs

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle est un développement ultérieur de l'imagerie par résonance magnétique (MRT). Avec l'IRM classique, des images statiques des organes et des tissus correspondants sont affichées, tandis que l'IRMf montre les changements d'activité dans le cerveau à travers des images tridimensionnelles lorsque certaines activités sont effectuées.

Avec l'aide de cette procédure non invasive, le cerveau peut être observé dans différentes situations. Comme pour l'IRM classique, la base physique de la mesure est initialement basée sur la résonance magnétique nucléaire. En appliquant un champ magnétique statique, les spins des protons de l'hémoglobine sont alignés longitudinalement. Un champ alternatif haute fréquence appliqué transversalement à cette direction d'aimantation assure la déviation transversale de l'aimantation vers le champ statique jusqu'à la résonance (fréquence de Lamor). Si le champ haute fréquence est désactivé, il faut un certain temps pour libérer de l'énergie jusqu'à ce que l'aimantation se réaligne le long du champ statique.

Ce temps de relaxation est mesuré. En IRMf, le fait que la désoxyhémoglobine et l'oxyhémoglobine sont magnétisées différemment est exploité. Il en résulte des valeurs mesurées différentes pour les deux formes, qui peuvent être attribuées à l'influence de l'oxygène. Cependant, comme le rapport de l'oxyhémoglobine à la désoxyhémoglobine change constamment au cours des processus physiologiques dans le cerveau, des enregistrements en série sont effectués dans le cadre de l'IRMf, qui enregistre les changements à tout moment. De cette manière, les activités des cellules nerveuses peuvent être affichées avec une précision millimétrique dans une fenêtre temporelle de quelques secondes. L'emplacement de l'activité neuronale est déterminé expérimentalement en mesurant le signal de résonance magnétique à deux moments différents.

Tout d'abord, la mesure a lieu à l'état de repos puis à l'état excité. Ensuite, la comparaison des enregistrements est effectuée dans une procédure de test statistique et les différences statistiquement significatives sont attribuées spatialement. À des fins expérimentales, le stimulus peut être présenté à la personne testée plusieurs fois. Cela signifie généralement qu'une tâche est répétée plusieurs fois. Les différences par rapport à la comparaison des données de la phase de stimulation avec les résultats de mesure de la phase de repos sont calculées puis représentées graphiquement. Avec cette procédure, il a été possible de déterminer quelles zones du cerveau sont actives dans quelle activité. De plus, les différences entre certaines zones cérébrales des maladies psychologiques et des cerveaux sains pourraient être déterminées.

Outre la recherche fondamentale, qui fournit des informations importantes sur le diagnostic des maladies psychologiques, la méthode est également utilisée directement dans la pratique clinique. Le principal domaine d'application clinique de l'IRMf est la localisation des zones du cerveau liées au langage lors de la préparation des opérations pour les tumeurs cérébrales. Il s'agit de s'assurer que cette zone est largement épargnée pendant l'opération. D'autres domaines cliniques d'application de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle concernent l'évaluation des patients souffrant de troubles de la conscience, tels que le coma, l'état végétatif ou le MCS (état de conscience minimal).

Risques, effets secondaires et dangers

Malgré le grand succès de la tomographie par résonance magnétique fonctionnelle, cette méthode doit également être considérée d'un œil critique en termes de valeur informative. Il a été possible de déterminer les connexions essentielles entre certaines activités et l'activation des zones cérébrales correspondantes. L'importance de certaines zones du cerveau pour les maladies psychologiques est également devenue plus claire.

Cependant, seuls les changements de la concentration en oxygène de l'hémoglobine sont mesurés ici. Parce que ces processus peuvent être localisés dans certaines zones du cerveau, on suppose que ces zones du cerveau sont également activées en raison du couplage neurovasculaire. Ainsi, le cerveau ne peut pas être observé directement en pensant. Il faut noter que la modification du flux sanguin ne se produit qu'après une période de latence de quelques secondes après l'activité neuronale. Par conséquent, une affectation directe est parfois difficile. L'avantage de l'IRMf par rapport aux autres méthodes d'examen neurologique non invasives est la bien meilleure localisation spatiale des activités.

Cependant, la résolution temporelle est beaucoup plus faible. La détermination indirecte des activités neuronales par les mesures du débit sanguin et l'oxygénation de l'hémoglobine crée également une certaine incertitude. Une période de latence de plus de quatre secondes est supposée. Il reste à étudier si des activités neuronales fiables peuvent être supposées avec des stimuli plus courts. Cependant, il existe également des limites techniques d'application de la tomographie par résonance magnétique fonctionnelle, qui reposent, entre autres, sur le fait que l'effet BOLD n'est pas seulement généré par les vaisseaux sanguins, mais également par le tissu cellulaire adjacent aux vaisseaux.