Lumière sur le cerveau

Il y a environ 100 millions de neurones dans le cerveau humain et chacune d’entre elles appartient à un réseau sophistiqué qui contrôle nos pensées, nos comportements, nos émotions. Un message provenant d’un seul neurone peut avoir des conséquences importantes sur les autres régions du cerveau, mais les liens sont difficiles à établir avec les technologies dont nous disposons actuellement. Pour remédier à la situation, une équipe composée de chercheurs de différentes universités (MIT, Harvard, Boston et Tufts) est parvenue à activer sélectivement les neurones d’une souris éveillée avec de la lumière pour ensuite observer l’activité dans les autres régions du cerveau par l’intermédiaire de l’IRM fonctionnelle.

Une avancée prometteuse

L’IRM fonctionnelle, rappelons-le, utilise les propriétés paramagnétiques de la désoxy-hémoglobine (présente en plus grande concentration lorsque le flux sanguin augmente en raison de la consommation accrue d’oxygène engendrée par l’activité neuronale) pour localiser l’activité cérébrale. En comparant les données obtenues à des IRM fonctionnelles réalisées sur des cerveaux humains, les chercheurs prévoient identifier certains circuits neuronaux impliqués dans des pathologies telles que l’épilepsie, la schizophrénie, l’autisme et le syndrome du stress post-traumatique.

La nouvelle technique

La nouvelle technique, appelée opto-IRMf, modifie génétiquement les cellules du cerveau de façon à ce qu’elles réagissent à la lumière. Dans leur membrane, ces cellules renferment une protéine de transport spéciale qui contrôle le flux des molécules chargées (ions) à l’intérieur de la cellule. Lorsque des ions positifs sont introduits à l’intérieur du neurone, son potentiel est modifié, ce qui l’active. Il est ainsi possible de stimuler sélectivement certains neurones. Les chercheurs ont combiné l’optogénétique à l’IRM fonctionnelle afin d’identifier quelles zones du cerveau entrent en activité lorsqu’un neurone en particulier est activé. Pour tester le système, ils ont introduit les protéines réagissant à la lumière dans le cortex sensitif primaire des souris, qui perçoit les sensations du toucher et de la douleur. À l’aide de l’IRM fonctionnelle, ils ont découvert qu’à la suite de l’activation des neurones par la lumière, le cortex sensitif secondaire et le cortex moteur primaire (qui contrôle les mouvements du corps) étaient eux aussi activés.



L'image du haut présente l'activité neuronale d'une souris éveillée. L'image du bas schématise la communication entre les neurones lorsqu'ils sont activés par la lumière. Les couleurs plus chaudes indiquent une plus grande corrélation.


En somme, dans le futur, cette technique pourrait mener à la découverte de nouveaux traitements ciblant un circuit neuronal spécifique plutôt qu’une molécule spécifique comme c’est le cas actuellement.

Pour plus d’informations, voir http://web.mit.edu/newsoffice/2011/illuminating-brain-0128.html

L’IRM pourrait-elle devenir une technique d’imagerie utilisée en premier recours dans nos urgences?

Différentes techniques d’imagerie médicale

L’IRM est une technique d’imagerie complémentaire. Autrement dit, si un patient se présente à l’urgence, la radiographie conventionnelle (rayons X) et l’échographie (ultrasons) seront priorisées, car elles sont d’une part plus rapides et d’autre part moins coûteuses. Ce n’est que par la suite que l’examen IRM sera prescrit si nécessaire, pour confirmer le diagnostic. Voyons ce qui distingue ces trois techniques d’imagerie médicale.

La radiographie

La radiographie conventionnelle, qui utilise les rayons X, mesure la densité électronique. Son principal avantage réside en son excellente résolution spatiale, c’est-à-dire qu’elle peut produire une image assez précise. De plus, cette technique est considérablement plus accessible que l’IRM, le coût des installations, évalué à 50 000$, étant de loin inférieur à celui d’un appareil IRM, qui s’élève à plus de 2 000 000$. Cependant, les rayons X offrent un moins bon contraste. Il est donc extrêmement difficile de différencier la matière blanche de la matière grise puisque leur différence de densité électronique est inférieure à 2%. Pour y arriver, il faut énormément de signal et donc une dose très élevée de rayons, qui sont, comme vous le savez probablement, hautement cancérigènes. Par ailleurs, les rayons X ne permettent pas d’obtenir une image des structures encapsulées (à l’intérieur d’une paroi osseuse) comme le cervelet et la moelle épinière.

L’échographie

L’échographie, qui utilise des impulsions ultrasonores, est beaucoup plus sécuritaire que la radiographie, mais offre une moins bonne résolution spatiale. Pour obtenir une image, on émet une onde sonore qui frappe les tissus ciblés et revient sous forme d’écho vers la sonde d’échographie. On mesure l’intensité de l’onde réfléchie et le temps entre l’émission de l’impulsion et la réception de l’écho, proportionnel à la distance parcourue par l’onde. Cependant, les ultrasons ne se propagent pas dans l’air. Il est donc impossible d’obtenir des images de structures tels les poumons.

L’IRM, une technique complémentaire

L’IRM est principalement utilisée pour raffiner l’image. De plus, puisque l’os n’interfère pas avec le signal , l’IRM permet l’obtention d’une image de la moelle épinière et du cerveau. Ce n’est pas le cas de la radiographie et de l’échographie. L’eau étant le marqueur utilisé en IRM (on utilise le spin des protons des molécules d’hydrogène), cette technique d’imagerie permet l’observation de phénomènes d’ischémie. L’ischémie est la diminution ou l’arrêt de la circulation artérielle dans une région plus ou moins étendue d'un organe ou d'un tissu (Larousse Médical). Les cellules mortes sont remplacées par de l’eau et c’est cette eau, même lorsqu’elle n’est présente qu’en très petite quantité, que l’IRM peut détecter. La principale utilité de l’IRM demeure toutefois le diagnostic de la sclérose en plaques, une maladie inflammatoire du système nerveux central se caractérisant par la perte de myéline (gaine de fibres nerveuses), qui se remplace par un tissu cicatriciel (sclérose), à certains endroits (plaques) (Larousse Médical).

Malgré les avancées récentes en matière d’imagerie, les techniques plus anciennes comme la radiographie ont donc toujours leur place.

Merci beaucoup à Robert Ouellet, spécialiste de la physique nucléaire, qui a généreusement accepté de nous rencontrer.