Neuropharma intro

• L'imagerie cérébrale fonctionnelle permet

  • D’étudier le cerveau “en action” lors d’une tâche cognitive

  • D’associer des modèles cognitifs avec des mesures de l’activité cérébrale

  • D’aider au diagnostic de certaines pathologies (ex : épilepsie)
• Activité neuronale

  Activité électrique qui se produit dans les neurones du cerveau, incluant les signaux électriques qui se déplacent le long des axones et les potentiels d'action lors de la transmission de l'influx nerveux
• Processus physiologiques accompagnant l'activité neuronale

  1. Augmentation du flux de courant électrique à travers les neurones

  2. Augmentation du métabolisme cellulaire, y compris la consommation de glucose et d'oxygène
• Champs électriques

  Changements de potentiel électrique le long des membranes cellulaires
• Champs magnétiques

  Générés par le courant électrique qui circule dans les neurones
• Techniques de mesure directe de l'activité cérébrale

  • EEG (Électroencéphalographie)
  • MEG (Magnétoencéphalographie)
• Les mesures directes, comme l'EEG et la MEG, enregistrent directement l'activité électrique ou magnétique du cerveau
• Processus physiologiques accompagnant l'activité neuronale

  Augmentation de l'oxygénation du sang et de l'utilisation du glucose dans les régions du cerveau où l'activité neuronale est élevée
• Techniques de mesure indirecte de l'activité cérébrale

  • BOLD (Blood Oxygen Level Dependent)
  • Tomographie par Émission de Positons (TEP) combinée à l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf)
• Les mesures indirectes, comme l'IRMf BOLD, mesurent des changements physiologiques associés à l'activité neuronale, tels que les changements dans le flux sanguin ou l'utilisation du glucose
• Mesures directes


  Mesure de l'activité électromagnétique accrue des neurones impliqués lors d'une activité cognitive, au niveau du scalp
• Lors d'une activité cognitive, les neurones impliqués ont une activité électromagnétique accrue
• On mesure le résultat de l'activité d'une grande population de neurones au niveau du scalp
• Electroencéphalographie (EEG)


  Mesure de l'activité électrique à la surface du scalp grâce à des électrodes, reflétant l'activité combinée d'une population de neurones
• Principe général de l'EEG

  1. Mesure de l'activité électrique à la surface du scalp grâce à des électrodes

  2. Signal très faible qui doit être amplifié pour être interprété
• Données obtenues en EEG

  Oscillation du signal électrique à différentes fréquences selon l'état de conscience du sujet
• Utilisation expérimentale de l'EEG

  1. Tester le changement d'activité électrique dû à une tâche cognitive spécifique (potentiel évoqué)

  2. Comparer plusieurs conditions expérimentales

  3. Nécessite beaucoup d'essais pour obtenir le changement moyen dû à une même opération cognitive
• Reconstruction des sources spatiales en EEG

  • Possible avec des algorithmes poussés
  • Résolution spatiale assez faible cependant par rapport à l'IRM
• Avantages de l'EEG


  • Excellente résolution temporelle (ms)
  • Faible coût
• Inconvénients de l'EEG


  • Faible résolution spatiale
  • Nécessite un grand nombre d'essais
• Utilisations de l'EEG


  • En recherche, étude du décours temporel d'une activité cognitive
  • En clinique, aide au diagnostic (épilepsie)
• Principe général MEG

  1. Mesure du champ magnétique à la surface du scalp grâce à des capteurs

  2. Reflète l'activité électrique combinée d'une population de neurones

  3. Nécessite une amplification du signal obtenu
• Equipement MEG


  • Non invasif et indolore
• Données obtenues MEG

  • Format similaire à l'EEG
  • Localisation de la source possible avec une résolution moyenne (meilleure que l'EEG)
• Avantages MEG


  • Excellente résolution temporelle (ms)
  • Résolution spatiale meilleure que l'EEG même si pas optimale
• Inconvénients MEG


  • Cout élevé
  • Nécessite un grand nombre d'essais
• Utilisation MEG


  • Combinaison avec l'EEG possible
  • En recherche, étude des aspects spatiaux et temporaux d'une activité cognitive
  • En clinique, aide au diagnostic (épilepsies…)
• Tomographie par émission de positions (TEP)

  1. Injection d'un traceur radioactif dans le sang

  2. Utilisation du traceur par les cellules conduit à une émission de photons détectée par une caméra

  3. Algorithme permet la reconstruction de la source d'émission des photons
• Données obtenues (TEP)


  Soustraction de l'activité dans une situation test (tâche précise) par rapport à l'activité dans une situation contrôle (pas de tâche demandée)
• Avantages (TEP)


  • Pas de nuisance sonore
  • Résolution spatiale moyenne (quelques mm)
• Inconvénients (TEP)


  • Cout élevé
  • Invasif (nécessite une injection)
  • Faible résolution temporelle (s)
• Utilisations (TEP)


  • En recherche, étude de la localisation d'une activité cognitive
  • En clinique, aide au diagnostic (Alzheimer, cancers...)
• Imagerie par résonance magnétique (IRM)


  1. Utilise les propriétés magnétiques des protons d'hydrogène (H+)

  2. Les protons tournent sur eux-mêmes (spin) dans une certaine direction

  3. Avec la stimulation par un champ magnétique très puissant et un signal radio, les protons vont d'abord se synchroniser dans une même direction

  4. Puis quand la stimulation s'arrête, les protons retournent dans leur état initial

  5. L'énergie libérée par ce processus est captée par des récepteurs et un algorithme reconstruit leur position spatiale dans le cerveau
• Imagerie structurelle (IRM)


  Le temps mis pour revenir à l'état initial par les protons après la stimulation diffère selon le type de tissu, ce qui permet de les différencier dans les images finales
• Tissus différenciés en imagerie structurelle (IRM)

  • Matière grise (corps des neurones)
  • Matière blanche (axones et dendrites)
  • Liquide céphalorachidien
• Imagerie structurelle (IRM)


  • Les chauffeurs de taxi londoniens montrent une augmentation du volume de leur hippocampe par rapport à un groupe témoin
  • Association avec la performance en mémoire spatiale supérieure chez les chauffeurs de taxi
• Imagerie fonctionnelle (IRM)


  • Les propriétés magnétiques du sang oxygéné sont différentes du sang désoxygéné
  • On peut mesurer les variations du débit sanguin régional (signal BOLD) en fonction de différentes conditions expérimentales
• Deux grands types de design (IRM fonctionnelle)

  • En blocs (maximise le signal mais perte de précision temporelle)
  • En événementiel (maximise la précision temporelle mais signal plus faible)
• Mesures possibles (IRM fonctionnelle)

  • Au sein d'une même région (approche en région d'intérêt ou ROI)
  • Entre plusieurs régions (approche en connectivité fonctionnelle)
• Imagerie fonctionnelle (IRM)


  • Régions olfactives primaires chez l'humain
  • Construites par soustraction de la carte d'activation lors de la présentation d'une odeur par rapport à la présentation d'air inodore