Santé

L’activité du cerveau observée grâce à la diffusion de l’eau

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Une équipe de recherche française vient de montrer que la diffusion de l'eau ralentissait dans les régions cérébrales activées. Cette propriété pourrait être utilisée pour mesurer le travail du cerveau lors d'une stimulation.

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) permet d'observer l'activité du cerveau lors d'une stimulation. © Wikimedia Commons, DP

Le développement des techniques médicales a permis d'améliorer la santé et la qualité de vie de l'Homme. Par exemple, il est possible de mieux diagnostiquer et soigner de nombreuses maladies grâce à l'amélioration considérable des méthodes de dépistage non invasives. Parmi elles, la technique d'imagerie par résonance magnétique (IRM), particulièrement puissante, est de plus en plus utilisée.

L'IRM permet d'obtenir des images en 2D ou 3D de l'intérieur du corps, et en coupes très précises. Cette technique se base sur l'observation de la résonance magnétique nucléaire (RMN) des protons, et plus précisément des noyaux d'hydrogène de l'eau (H2O) lors d'une excitation par un champ magnétique. Le noyau d'hydrogène est constitué d'un seul proton, c'est pourquoi son moment magnétique nucléaire est relativement fort. Il est très abondant dans les tissus. Ainsi, l'hydrogène donne lieu à un phénomène de résonance très net et facile à détecter grâce à l'IRM. Par cette technique, on peut alors examiner les différences de répartition en eau dans le corps d'un patient, et repérer les altérations des tissus.

L'imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique non invasive d'imagerie médicale, permettant d'obtenir des vues 2D ou 3D du corps humain. © Kasuga Huang, Wikipédia, cc by sa 2.5

La technique de l'IRM fonctionnelle (IRMf) permet quant à elle d'étudier le fonctionnement du cerveau en temps réel. Lors d'une activité cérébrale, le sang est rapatrié dans les régions stimulées qui demandent de l'oxygène. La RMN des protons dans ces zones se modifie en fonction du volume, du débit et de l'oxygénation des globules rouges. On peut alors cartographier les zones cérébrales actives lors de certaines séquences spécifiques, grâce à l'IRMf. Cependant, cette approche n'est pas toujours fiable, notamment lors d'une anesthésie ou de la prise de certains médicaments qui peuvent modifier le taux d'oxygène dans le sang. D'autre part, l'effet n'est pas immédiat, et la modification des paramètres sanguins s'observe environ six secondes après une activation cérébrale.

La diffusion de l’eau ralentit dans les régions du cerveau stimulées

Pour pallier ces problèmes, Denis Le Bihan et son équipe du Commissariat à l'énergie atomique (CEA) ont choisi de développer une nouvelle méthode appelée IRM de diffusion. Cette technique permet d'observer l'activité cérébrale non pas grâce au sang mais en analysant la diffusion de l'eau. D'après des recherches récentes, la technique d'IRM par diffusion serait plus réactive que l'IRMf. Certains scientifiques estiment cependant que la diffusion de l'eau est la conséquence de la modification du flux sanguin, et non d'un effet direct de l'activité du cerveau.

Pour éclaircir ce point, les chercheurs du CEA ont réalisé des expériences d'IRM par diffusion chez le rat. Leur travaux, publiés dans les Pnas, montrent bien que la diffusion de l'eau est une conséquence directe de l'activité des neurones. Pour cette étude, ils ont administré à des rats du nitroprussiate de sodium, un médicament qui supprime l'effet de l'activation du cerveau sur le flux sanguin. En d'autres termes, une fois injecté, il n'est plus possible d'observer un travail cérébral en étudiant les caractéristiques sanguines par IRMf. Par contre, l'observation de l'activité cérébrale est toujours possible par IRM de diffusion.

Ainsi, lors d'une stimulation cérébrale, certaines zones du cerveau subiraient des modifications structurales, ce qui entraînerait une diminution de la diffusion de l'eau. La technique d'IRM de diffusion pourrait se révéler utile dans les situations où l'IRMf ne fonctionne pas correctement.

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