Capsule expérience: Protocole de cartographie fonctionnelle du cerveau avec IRMf et TEP.


Le protocole expérimental présenté ici s’est déroulé à l’Institut Neurologique de Montréal (INM) en mai et juin 2002. L’INM est l’une des quatre institutions membre du Consortium International de Cartographie Cérébrale (« International Consortium for Brain Mapping (ICBM) »).

Ce consortium, qui comprend également l’Université de Californie à Los Angeles, l’Université du Texas à San Antonio et l’Université Juelich/Heinrich Heine en Allemagne fut formé en 1993. Son rôle est de développer un atlas probabiliste du cerveau. Un atlas cérébral ne peut en effet se concevoir qu’en terme de probabilité étant donné la grande variabilité morphologique et fonctionnelle des cerveaux des individus.

Le consortium travaille à la fois sur un atlas structurel (la probabilité qu’à tel endroit, on retrouve telle structure cérébrale) et à la fois sur un atlas fonctionnel (la probabilité qu’à tel endroit, l’activité neuronale augmente au cours de telle tâche). Le protocole qui sera décrit ici s’inscrit dans le volet fonctionnel du projet.

À Montréal, une cinquantaine de sujets en santé et âgés entre 20 et 40 ans y ont pris part. Le même nombre de sujets ont aussi été testé des les autres universités du consortium à l’aide du même protocole pour pouvoir mettre en commun les résultats obtenus. Le sujet venait à deux reprises faire cinq tests différents : une première fois en IRMf, et la seconde fois en TEP.

Voici d’abord une série de photos illustrant quelques étapes du protocole avec l’IRMf :

Le sujet reçoit les consignes et est introduit dans le scan d’IRMf.

Au bout de quelques minutes, l’ordinateur est en mesure de produire des images structurelles en IRM de coupes sagittales (à gauche) et axiale (à droite) du cerveau du sujet.


Une coupe sagittale mettant en évidence l’intérieur de l’hémisphère cérébral gauche du sujet.

Voici maintenant une série de photos illustrant quelques étapes du protocole avec la TEP:

On installe dans le bras du sujet un cathéter par où la solution d’eau radioactive sera injectée à intervalles réguliers.

Vue de derrière du scan qui permet de voir le moniteur où apparaissent les images associées à différentes tâches (ici, les tableaux abstraits associés à la tâche faisant intervenir la mémoire de travail).


La solution d’eau radioactive à demie-vie courte (2 minutes) est produite dans la pièce voisine et acheminée dans la salle du TEP où son niveau de radioactivité est vérifié avant d’être administré au sujet.

Pour l’IRMf ainsi que pour la TEP, chaque sujet était soumis à une batterie de cinq tests de référence commun pour toutes les universités du consortium. Voici une brève description de ces cinq tâches :

  1. le sujet entend la description d’objets et doit silencieusement générer le nom de chaque objet;
  2. le sujet utilise sa mémoire de travail pour retenir la présence ou l’absence d’un tableau abstrait parmi une série préalablement présentée;
  3. le sujet doit placer sa main droite de la même façon que les images de mains droites qui lui sont présentées;
  4. le sujet doit déplacer son regard vers des cibles lumineuses qui s’allument et s’éteignent;
  5. le sujet doit silencieusement générer un verbe qui correspond à l’image d’un objet qui lui est présenté.

Chaque tâche comportait aussi une tâche contrôle qui permettait à l’ordinateur de déduire les zones cérébrales plus actives lors de chaque tâche particulière.

Voici une image synthèse des résultats obtenus. Les deux cercles blancs indiquent des sites potentiellement intéressants pour une éventuelle SMT couplée à une TEP.


Source: ICBM et le Dr. Roger Woods, UCLA.

Voici ensuite les résultats de cinq sujets différents pour la tâche d’imitation avec la main et pour la génération de verbes vus. Les tâches ont été répétées cinq fois pour chaque sujet. Notez la grande variabilité individuelle.


Source: ICBM et le Dr. Roger Woods, UCLA.

En terminant, voici quelques images du cerveau du sujet de Montréal durant certaines tâches particulières :


Coupe axiale en IRMf durant la tâche de génération de noms suite à une description auditive de celui-ci : l’activité principale a lieu dans l’hémisphère gauche, dans les aires associées à la compréhension et à la génération du langage.


Coupe coronale en IRMf durant la tâche faisant intervenir la mémoire de travail avec la série de tableaux abstraits: l’activité principale a lieu dans le cortex préfrontal.


Coupe sagittale en TEP durant la tâche d’imitation avec la main droite: l’activité principale a lieu dans le cortex visuel et l’activité secondaire dans le cervelet (coordination motrice).


Coupe coronale en TEP durant la tâche d’imitation avec la main droite : l’activité principale a lieu dans le cortex moteur de l’hémisphère gauche et l’activité secondaire dans les deux cortex visuels ventraux.

Lien: International Consortium for Brain MappingLien: Functional Reference Battery

 

« La cognition incarnée », séance 6 : La cartographie du connectome humain et ses limites à différentes échelles

 

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