Imagerie Fonctionnelle par RMN
(Vincent Denolin, Thierry Metens et Philippe Van Ham - Systèmes Logiques et Numériques)

L'Imagerie par Résonance Magnétique Fonctionnelle (IRMf) est actuellement en plein essor vu les perspectives qu'elle a ouvertes dans l'étude du fonctionnement du cerveau : elle permet d'identifier de façon totalement non-invasive les zones du cortex qui sont activées lors d'une stimulation donnée, et ce avec des résolutions spatiale et temporelle surpassant celles de l'imagerie par émission de positons (PET scan) et de l'électroencéphalographie.

IRM

Les origines de l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) remontent à 1924, année où Pauli suggéra pour la première fois l'existence d'un spin nucléaire. La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN), c'est-à-dire l'absorption d'énergie électromagnétique radiofréquence (50-100 MHz) par un matériau dans un champ magnétique intense fut découverte en 1946 par Bloch et Purcell.

Imageur par RMN (ou scanner IRM)

Les premières images par RMN furent obtenues par Lauterbur en 1973. Cette nouvelle technique d'imagerie met en oeuvre un encodage spatial basé sur une variation dans l'espace de la valeur du champ magnétique. Les années '80 ont vu se répandre l'usage des imageurs par RMN, vu leur caractère non-invasif et la large gamme de contrastes qu'elle permet d'obtenir. Le hardware et le software se sont progressivement améliorés pour permettre, depuis le début des années '90, le développement de l'imagerie anatomique rapide et de techniques spéciales telles que l'imagerie de diffusion et l'imagerie fonctionnelle.

Coupe sagittale du cerveau en IRM anatomique

IRM fonctionnelle

L'IRMf repose sur l'augmentation du flux sanguin dans les zones du cortex impliquées dans une tâche cognitive donnée. Vu que la consommation d'oxygène augmente dans une moindre proportion dans ces mêmes régions, il en résulte un excès d'oxyhémoglobine, qui perturbe les propriétés magnétiques locales et donne lieu à une hyperintensité du signal de RMN. Une soustraction entre une image prise dans un état ' activé ' et un état de ' repos ' mettra donc en évidence les zones activées. L'inconvénient principal de cette technique est son faible rapport contraste/bruit; pour y remédier, l'approche la plus courante consiste à prendre comme stimulus une succession cyclique d'états de repos et d'activation, de façon à profiter d'un effet de moyennage.

La recherche en IRMf se situe sur des plans divers :

• Définition de pardigmes d'activation permettant d'étudier des tâches motrices ou sensorielles, la formation de la parole,...
• Développement des séquences d'IRM donnant lieu à un contraste maximum entre les états activé et de repos.
• Développement de méthodes de traitement des données pour extraire l'information fonctionnelle des suites temporelles d'images acquises (analyse statistique, en composantes principales,...).

Les applications de l'IRMf sont aussi bien la recherche fondamentale sur le fonctionnement du cerveau que l'aide au planning opératoire en neurochirurgie (localisation des zones à préserver pour maintenir chez le patient telle ou telle fonction qu'on considère comme importante)

Exemple d'expérience d'IRMf

• Stimulus: Alternance entre un état activé où le sujet met en opposition les doigts de sa main gauche et un état de repos où il ne fait rien
• Acquisition: 64 scans, constitués chacuns de 64 coupes transverses du cerveau. Séquence d'IRM sensibles aux effets de susceptibilité magnétique.
• Traitements: Analyse statistique (ANCOVA), au moyen du logiciel SPM (Statistical Parametric Mapping, University College London)
• Résultats:

  
  Coupe sagittale du cerveau en IRM anatomique

  • ' Carte d'activation ' : les valeurs de Z, qui représentent le degré d'activation à chaque pixel, sont seuillées, codées par une échelle de couleurs et superposées à une coupe d'IRM anatomique (haute résolution).
  • Evolution temporelle de l'intensité en un pixel activé (rouge), et estimation de cette réponse (bleu).