- Nous commencerons par exposer ce qu'est la psychologie des techniques de neuro-imagerie.
- Ensuite, nous nous pencherons sur la définition des techniques de neuro-imagerie.
Puis, nous examinerons les types de techniques de neuroimagerie, notamment les techniques invasives et les nouvelles techniques de neuroimagerie.
Enfin, nous évaluerons l'utilisation des techniques de neuro-imagerie.
Les techniques de neuro-imagerie permettent d'approfondir le fonctionnement du cerveau, freepik.
Techniques de neuro-imagerie en psychologie
Aristote considérait que le cœur était responsable du fonctionnement psychologique humain. Plus tard, l'attention de nombreux grands penseurs s'est portée sur le cerveau lorsque Galien, un médecin et philosophe romain de l'Antiquité, a établi un lien entre les ventricules cérébraux et la pensée et la personnalité humaines.
Le fonctionnement du cerveau est resté un mystère pendant longtemps. Au XIXe siècle, des autopsies cérébrales post-mortem ont été réalisées sur des patients souffrant de lésions cérébrales afin d'établir un lien entre leurs troubles cognitifs et les régions endommagées. À cette époque, les chercheurs ont identifié des régions cérébrales associées à la personnalité en étudiant le cas de Phineas Gage et des zones responsables de la production et de la compréhension de la parole, étudiées par Paul Broca et Carl Wernicke.
Cependant, la percée dans notre compréhension de l'activité cérébrale s'est produite au vingtième siècle, avec l'invention des techniques de neuro-imagerie, qui ont conduit à une explosion de la recherche en neurosciences.
Définition des techniques de neuro-imagerie
Comme leur nom l'indique, les techniques de neuro-imagerie permettent de créer des images de la structure du cerveau. De plus, elles peuvent mesurer l'activité dans différents sites du cerveau.
Auparavant, les chercheurs étaient limités aux autopsies post-mortem pour connaître les lésions neurologiques des patients. Aujourd'hui, grâce aux techniques de neuro-imagerie, les cliniciens et les chercheurs peuvent étudier le cerveau des personnes alors qu'elles sont encore en vie.
Les techniques de neuro-imagerie comprennent l'imagerie structurelle et l'imagerie fonctionnelle. L'imagerie structurelle produit une image détaillée des structures cérébrales, tandis que l'imagerie fonctionnelle mesure les changements d'activité des différentes régions du cerveau en enregistrant les modifications de la physiologie cérébrale.
Les techniques deneuro-imagerie peuvent être divisées en techniques d'imagerie structurelle et fonctionnelle , qui sont d'une grande importance pour la recherche et la pratique clinique. L'imagerie structurelle, réalisée à l'aide de l'IRM (imagerie par résonance magnétique) ou du scanner (tomodensitométrie), permet aux cliniciens de diagnostiquer les lésions cérébrales et les maladies neurodégénératives comme la démence, d'identifier les hémorragies, les gonflements et les tumeurs, et de voir l'étendue des dégâts après un accident vasculaire cérébral (AVC).
Les techniques d'imagerie structurelle peuvent être utilisées pour voir si une personne a subi des lésions cérébrales après un accident.
D'autre part, les scanners TEP (tomographie par émission de positons), les scanners IRMf (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle) et l'EEG (électroencéphalographie) sont utilisés pour étudier l'activité du cerveau qui se produit lorsque nous effectuons des actions particulières. Cela permet aux chercheurs d'établir un lien entre l'activité de zones spécifiques du cerveau et le comportement et le fonctionnement cognitif. Ils donnent également aux chercheurs un aperçu unique des différences de fonctionnement du cerveau entre une personne en bonne santé et une personne atteinte d'une maladie neurologique.
Pour étudier quelles zones du cerveau sont impliquées lorsque nous écoutons de la musique, les chercheurs peuvent utiliser l'IRMf et voir quelles zones du cerveau s'allument chez les personnes qui écoutent de la musique par rapport à celles qui écoutent des bruits différents.
Types de techniques de neuro-imagerie
Voyons maintenant de plus près comment fonctionnent les différentes techniques de neuro-imagerie et comment elles sont utilisées dans la pratique clinique et la recherche.
Tomographie assistée par ordinateur (TAO)
La tomodensitométrie ou scanner est un exemple d'imagerie structurelle. Au cours d'une tomodensitométrie, une personne est exposée à des rayons X. Comme les différents tissus du cerveau (os, matière cérébrale ou liquide céphalo-rachidien) diffèrent dans leur absorption du rayonnement, ils apparaissent différemment sur le scanner.
Les structures qui absorbent le plus de radiations apparaissent les plus brillantes sur le scanner, tandis que les structures qui absorbent le moins de radiations sont beaucoup plus sombres. Le scanner visualise l'absorption des rayons X sur les différentes tranches d'un cerveau, ce qui permet de localiser précisément les anomalies.
Les cliniciens utilisent la tomodensitométrie pour visualiser les anomalies de la structure osseuse et identifier les tumeurs ou les sites de saignement dans le cerveau.
Bien que le scanner soit une technique d'imagerie structurelle moins précise que l'imagerie par résonance magnétique (IRM), il est beaucoup moins cher et peut être plus disponible en milieu clinique.
La tomodensitométrie cérébrale peut révéler beaucoup de choses sur le cerveau, freepik.com.
Tomographie par émission de positons (TEP)
Le scanner cérébral TEP est une technique d'imagerie fonctionnelle qui mesure l'activité cérébrale en enregistrant les changements dans le flux sanguin vers différentes zones du cerveau. Un flux sanguin plus important indique une plus grande activité.
Lorsque des zones du cerveau et du corps sont actives, elles consomment plus d'oxygène, ce qui entraîne un flux sanguin plus important vers cette région pour reconstituer l'oxygène disponible.
Avant de procéder à un examen TEP, on injecte un traceur radioactif à la personne qui subit l'examen. Lorsque le traceur se désintègre, il émet des positrons qui sont captés par le scanner. Les zones où le flux sanguin est plus important apparaissent plus rouges sur l'image produite par le scanner, ce qui indique une plus grande activité de cette région du cerveau.
- Certaines limites de la TEP sont qu'elle est moins précise qu'une IRMf.
- De plus, comme le traceur se désintègre rapidement, il est difficile de mesurer l'activité du cerveau pendant des tâches plus longues. La TEP est également une procédure invasive ; la nécessité d'administrer le traceur radioactif augmente les risques associés aux scanners TEP.
La TEP permet d'identifier les tumeurs ou les régions du cerveau où les crises se déclenchent chez les patients épileptiques avant qu'ils ne subissent une intervention chirurgicale.
Les scanners TEP ont également été utilisés dans l'étude de Tulving (1989)sur la mémoire d'or. Tulving a demandé à des participants de se remémorer des souvenirs épisodiques et sémantiques et leur a injecté un isotope radioactif d'or pour voir comment leur activité cérébrale changeait.
Les résultats n'ont été cohérents que pour 3 des 6 participants. Lorsque les 3 participants se rappelaient des souvenirs épisodiques, leurs lobes frontal et temporal présentaient une activité plus importante. En revanche, leurs lobes pariétal et occipital ont montré une plus grande activité lorsqu'ils pensaient à des souvenirs sémantiques.
Imagerie cérébrale par TEP, Health and Human Services Department, National Institutes of Health, National Institute on Aging : p.24[1], Public domain, via Wikimedia Commons
Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf)
De la même manière que l'imagerie PET, l'IRMf visualise l'activité de différentes régions du cerveau en mesurant les changements dans le flux sanguin vers d'autres zones cérébrales. Cependant, l'IRMf procède un peu différemment - en utilisant un champ magnétique puissant. Ce champ peut être déformé par une molécule appelée désoxyhémoglobine, ce qui indique une plus grande activité cérébrale.
Le signal BOLD permet aux IRMf d'identifier les zones fonctionnelles.
L'hémoglobine est une protéine présente dans les cellules sanguines qui acheminent l'oxygène vers les régions cérébrales. Lorsque les neurones consomment de l'oxygène, l'hémoglobine se transforme en désoxyhémoglobine.
L'un des avantages de cette technique est qu'elle est non invasive et qu'elle n'expose pas l'individu à des substances nocives ou à des radiations. De plus, elle est beaucoup plus précise que les scanners TEP, car elle mesure les changements d'activité dans les petits cubes de pixels de l'image.
Ces unités tridimensionnelles, appelées voxels, couvrent toutes les structures unitaires de 3 × 3 × 3 mm3.
L'IRMf est très précise car elle possède une résolution spatiale élevée. Elle permet aux chercheurs d'observer quelles zones du cerveau s'activent lorsqu'une personne effectue une tâche dans le scanner. Cependant, elle est très bruyante, ce qui peut perturber l'expérience, et nécessite que les patients restent très immobiles.
L'IRMf est utilisée en pratique clinique pour identifier les anomalies cérébrales et évaluer le fonctionnement du cerveau des patients atteints de maladies neurologiques.
C'est également une technique précieuse pour la recherche en neurosciences. Par exemple, en utilisant l'IRMf, de Vignemont et Singer (2006) ont étudié l'activation cérébrale associée à l'empathie pour la douleur. Ils ont pu identifier les zones précises du cerveau qui étaient actives chez les participants à la fois lorsqu'ils ressentaient de la douleur et lorsqu'ils voyaient leur partenaire souffrir.
Électroencéphalographie (EEG)
L'EEG a été inventé 50 ans avant les scanners TEP et au lieu de produire des cartes de l'activité cérébrale, il enregistre les signaux électriques de la couche corticale du cerveau. Pour mesurer l'activité électrique du cerveau, les chercheurs placent 25 à 34 électrodes sur le cuir chevelu de la personne, qui sont ensuite utilisées pour enregistrer l'activité électrique du cerveau.
Ensuite, les chercheurs font la moyenne du signal provenant des multiples essais et le nettoient pour créer un potentiel lié à l'événement (PLE).
Les ERP montrent les changements de l'activité électrique du cerveau qui se sont produits en réponse aux stimuli à plusieurs reprises.
La mesure de l'activité cérébrale pendant le sommeil à l'aide d'un EEG a conduit à la découverte du sommeil paradoxal. Les chercheurs ont découvert que le cerveau n'est pas seulement actif pendant le sommeil. Son activité devient plus importante pendant une phase du sommeil que l'on appelle le sommeil paradoxal.
L'électroencéphalographie peut montrer des zones d'activité, flaticon...
Nouvelles techniques de neuro-imagerie
L'une des nouvelles techniques d'imagerie cérébrale introduites récemment est l'IRM amplifiée en 3D. Elle permet de visualiser les mouvements du cerveau dans les moindres détails. Il s'agit d'une nouvelle technique importante pour la pratique clinique, car les mouvements anormaux du cerveau ont été associés à des troubles neurologiques, et les anomalies de mouvement ne peuvent pas être observées à l'aide de l'imagerie structurelle ou fonctionnelle.
Techniques invasives de neuro-imagerie
Les techniques invasives impliquent l'insertion d'un objet dans le corps. Parmi toutes les techniques d'imagerie dont nous avons parlé, seule la TEP peut être considérée comme invasive car elle implique l'injection d'un traceur radioactif. Cependant, il est essentiel de se rappeler qu'invasif ne signifie pas toujours dangereux. La quantité de radiations à laquelle tu es exposé pendant un PET scan est considérée comme sûre, car la substance radioactive se désintègre rapidement.
Bien que la tomodensitométrie implique une exposition aux rayons X, cette procédure est considérée comme sûre et non invasive. La quantité de radiations à laquelle tu es exposé lors d'un scanner équivaut à environ 8 mois de radiations de fond auxquelles nous sommes exposés dans notre vie quotidienne.
Évaluation des techniques de neuro-imagerie
Les techniques d'imagerie cérébrale ont permis aux chercheurs de mieux comprendre le fonctionnement de notre cerveau lorsqu'il effectue différentes activités.
Elles ont par exemple montré que d'autres régions du cerveau sont actives lorsque nous nous remémorons différents types de souvenirs. Elles ont également conduit les chercheurs à découvrir l'activité cérébrale paradoxale qui se produit pendant le sommeil paradoxal.
Comme les techniques de neuro-imagerie nous permettent de mieux connaître le cerveau des personnes encore en vie, elles constituent un outil essentiel pour diagnostiquer les personnes atteintes de troubles neurologiques. Cela permet également aux cliniciens de choisir les traitements appropriés pour les personnes ou d'exclure les diagnostics erronés.
Les techniques de neuro-imagerie permettent aux cliniciens et aux chercheurs d'identifier les zones du cerveau qui sont affectées chez les personnes présentant différents déficits cognitifs. Cela nous montre comment différentes fonctions et comportements dépendent de régions cérébrales particulières.
Clive Wearing était un patient qui avait perdu la plupart de ses souvenirs et la capacité d'en former de nouveaux. Ses scanners cérébraux ont révélé des dommages importants au niveau des lobes temporaux. Cette étude de cas confirme l'importance des lobes temporaux dans les processus de fabrication et de conservation des souvenirs.
Limites des techniques de neuro-imagerie
Il est important de se rappeler que les résultats produits par les techniques de scanner sont corrélés, et que ces corrélations peuvent tout aussi bien être accidentelles si les données ne sont pas analysées correctement.
Le problème des résultats faussement positifs associés à la recherche sur l'IRMf a été abordé par l'étude de Bennettet de ses collègues (2010), dont les résultats ont été récompensés par un prix Nobel.
Les chercheurs ont placé un saumon mort dans la machine IRMf, lui ont montré des photos de personnes dans différentes situations sociales et ont demandé comment une personne aurait pu se sentir dans cette situation.
Fait intéressant, lorsque les chercheurs n'ont pas correctement analysé les données, il est apparu qu'il y avait une activité dans le cerveau et la moelle épinière du saumon. Ces résultats étaient des faux positifs, mais si les chercheurs n'avaient pas assuré une analyse correcte des données, nous aurions la preuve que les saumons morts peuvent être tout à fait empathiques.
Utilisation des techniques d'imagerie - Principaux enseignements
- Les techniques de neuro-imagerie comprennent l'imagerie structurelle et l'imagerie fonctionnelle. L'imagerie structurelle produit une image détaillée des structures cérébrales, tandis que l'imagerie fonctionnelle mesure les changements d'activité des différentes régions du cerveau en enregistrant les modifications de la physiologie cérébrale.
- Le scanner est une technique d'imagerie structurelle qui crée une carte des structures cérébrales en les exposant à des rayons X. Ces structures peuvent être différenciées sur le scanner car les différents tissus absorbent des quantités différentes de radiations.
- La TEP est une technique d'imagerie fonctionnelle qui mesure l'activité cérébrale en enregistrant les variations du flux sanguin dans les différentes zones du cerveau. La TEP est considérée comme une technique de neuro-imagerie invasive.
- L'IRMf utilise un champ magnétique puissant pour visualiser l'activité de différentes régions du cerveau en mesurant les changements du flux sanguin dans différentes zones du cerveau.
- Bien que les techniques de balayage du cerveau aient contribué de manière significative à la recherche en neurosciences et à la pratique clinique, il est essentiel de se rappeler que les résultats de certaines techniques de balayage sont corrélés et peuvent être inexacts s'ils sont analysés de manière inappropriée, voir Bennett et ses collègues (2010).
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