I. EXPLORATION ANATOMIQUE

A. Radiographie classique et angiographie

1. Radiographie classique

• Utilise des rayons X, une forme de rayonnement électromagnétique, invisibles à l'œil nu.
• Découverte par Wilhelm Röntgen en 1895 (Prix Nobel en 1901).
• Les rayons X traversent le corps et sont plus ou moins absorbés selon la densité des tissus.
• Le cliché obtenu montre un contraste en fonction de :
• l’épaisseur des tissus,
• leur coefficient d’atténuation.

Limite majeure : le tissu cérébral a une densité homogène, donc faible contraste → peu d’info sur les structures internes du cerveau.

Utile pour détecter des fractures ou corps étrangers.

2. Angiographie

Visualisation des vaisseaux sanguins cérébraux grâce à un produit de contraste iodé injecté dans le sang.

• Le produit est opaque aux rayons X, ce qui améliore le contraste entre les tissus et les vaisseaux.

Permet de détecter :

• Anomalies vasculaires,
• AVC,
• Anévrismes,
• Certaines tumeurs.

B. Tomographie aux rayons X (Scanner)

Aussi appelé CT-scan, combine rayons X et ordinateur pour obtenir des images en coupes transversales (tomos = coupe).

• Le faisceau de rayons X tourne autour du patient, les données sont analysées et reconstruites en 3D.

Fonctionnement :

Patient allongé → rayon X en rotation autour du crâne.

1. Images par tranches fines (2 à 10 mm).
2. Reconstruction informatique → vue 3D.

Injection d’un produit de contraste parfois nécessaire pour observer certaines structures cérébrales.

Inconvénients :

• Rayons ionisants → risques potentiels (brûlures, mutations, cancers).
• Résolution spatiale < IRM.

C. Imagerie par Résonance Magnétique (IRM)

1. Principes de base

• Pas de rayonnement ionisant → inoffensif pour le patient.
• Utilise un champ magnétique puissant (B0) + ondes radio.
• Principe basé sur les noyaux d’hydrogène (H) présents partout (notamment dans l’eau : 80% du cerveau).

Fonctionnement résumé :

2. Paramètres IRM

T1 : Temps de relaxation longitudinal (utile pour voir l’anatomie).

• T2 : Temps de relaxation transversal (utile pour visualiser certaines pathologies).

Paramètres d’acquisition :

• TR (Temps de Répétition) : entre deux impulsions RF,
• TE (Temps d’Écho) : entre impulsion et acquisition du signal.

3. Avantages et limites

Avantages :

• Résolution spatiale très élevée,
• Multiplan (axial, coronal, sagittal),
• Inoffensif (pas de rayonnement).

Limites :

• Coût élevé,
• Très bruyant,
• Nécessite immobilité totale,
• Incompatible avec objets métalliques,
• Environnement confiné.

L’IRM nécessite un aimant supraconducteur refroidi à l’hélium liquide (souvent 1,5T ou 3T, jusqu’à 11,7T pour le projet ISEULT à NeuroSpin Paris-Saclay).

D. IRM de diffusion (DTI – Diffusion Tensor Imaging)

Étudie les mouvements des molécules d’eau dans le cerveau.

• Permet d’explorer la matière blanche (connexions entre régions).
• Exploite la diffusion anisotrope dans les fibres nerveuses (contraintes directionnelles).

Applications cliniques :

• Visualisation des faisceaux lésés par AVC, tumeurs, maladies neurodégénératives.
• Études en connectivité cérébrale.

II. EXPLORATION FONCTIONNELLE

Objectif : Comprendre où et quand le cerveau s’active pendant une tâche mentale.

A. ÉLECTROPHYSIOLOGIE : activité électrique cérébrale

Méthodes directes : Mesure l’activité électrique neuronale.

• Outils : EEG (électroencéphalographie), MEG (magnétoencéphalographie)
• Résolution temporelle : Excellente (millisecondes)
• Résolution spatiale : Médiocre (signal déformé, enregistrement à distance)

B. MÉTHODES MÉTABOLIQUES : activité hémodynamique

Méthodes indirectes : Mesurent les variations de débit sanguin liées à l’activité neuronale.

• Outils : IRMf, TEP, NIRS
• Résolution spatiale : Excellente (<1 mm)
• Résolution temporelle : Faible (1–2 s)

Comparatif des méthodes (résumé)

C. ÉLECTROENCÉPHALOGRAPHIE (EEG)

➤ Définition

Inventé par Hans Berger (1929), enregistre l’activité électrique globale du cerveau à l’aide d’électrodes sur le scalp.

• Activité issue principalement des cellules pyramidales.
• Les signaux mesurés proviennent surtout de sources radiales (gyrus, perpendiculaires au scalp).
• On mesure des différences de potentiels (ddp) : signal très faible → nécessité d’amplification.

➤ Fonctionnement

➤ Rythmes cérébraux EEG

• Synchronisé : grande amplitude, basse fréquence → cerveau au repos.
• Désynchronisé : faible amplitude, haute fréquence → cerveau actif.

Analyse spectrale

Décompose le signal EEG en composantes fréquentielles (spectre de puissance).

• Spectrogramme : représentation temps–fréquence + intensité (code couleur).
• Permet d’identifier des zones de synchronisation neuronale (ex. : pic à 40 Hz en perception visuelle).

D. POTENTIELS ÉVOQUÉS (PE)

Réponse électrique du cerveau liée à un évènement sensoriel, moteur ou cognitif (externe ou interne).

➤ Problème : bruit de fond

Le signal utile est noyé dans le bruit biologique et environnemental.

• Solution = amélioration du signal/bruit :

1. Amplification du signal EEG
2. Filtrage des artefacts (ex : clignements des yeux)
3. Moyennage : moyenne de plusieurs essais → bruit tend vers 0, signal reste.

➤ Analyse des PE

Très bonne résolution temporelle (ms)

• Mauvaise résolution spatiale (signal diffusé sur le scalp)

Analyse des composantes des PE

Exemple : composante N170

Stimulus : visage humain

• Temps d’apparition : ≈ 170 ms
• Topographie : négativité bilatérale pariéto-occipitale
• Effet d’inversion (visage à l’envers) : latence augmentée
• Chez les TSA : N170 présente mais sans effet d’inversion → sensibilité réduite aux propriétés configurales des visages

E. MAGNÉTOENCÉPHALOGRAPHIE (MEG)

➤ Définition

• Méthode d’enregistrement directe de l’activité cérébrale.
• Mesure les champs magnétiques produits par les courants électriques neuronaux.

➤ Différences EEG vs MEG

➤ Principe physique

Basé sur la loi d’induction électromagnétique :

Un champ magnétique variable génère un courant électrique induit dans une bobine.

• Utilise des capteurs supraconducteurs : SQUIDs (Superconducting Quantum Interference Devices).
• Refroidissement à l’hélium liquide → ❄️ ➜ coûteux et contraignant.
• Nécessite une chambre blindée pour bloquer les interférences électromagnétiques.

➤ Avantages

Excellente résolution temporelle (ms).

• Bonne résolution spatiale en surface (car champ non altéré par les tissus).
• Méthode non invasive et complémentaire à l’EEG.

F. IRM FONCTIONNELLE (IRMf)

➤ Définition

Technique d’imagerie cérébrale indirecte qui mesure les variations locales de débit sanguin cérébral (hémodynamique) liées à l’activité neuronale.

• Utilise le signal BOLD (Blood Oxygen Level Dependent).

1. Le contraste BOLD

➤ Fonctionnement

• Lors d’une activation neuronale :
• ↑ Consommation d’oxygène
• ↑ Afflux de sang oxygéné (par vasodilatation)
• Oxygène transporté par hémoglobine :
• Hémoglobine oxygénée (HbO) : peu magnétique
• Hémoglobine désoxygénée (HbR) : paramagnétique
• L’IRMf mesure T2* : sensible aux variations d’oxygénation

2. Fonction de réponse hémodynamique (HRF)

Courbe type représentant la variation du signal BOLD suite à une activation neuronale.

• Utilisée pour modéliser et prédire la réponse attendue à une tâche.

3. La convolution

Processus mathématique consistant à prédire le signal mesuré à partir de la sommation temporelle des HRF.

➤ Étapes :

Présentation de stimuli → modélisation des activations attendues (HRF)

1. Convolution entre modèle théorique et design de la tâche
2. Enregistrement de la série temporelle (time-series) de chaque voxel
3. Corrélation entre prédiction et signal réel
4. Création de cartes d’activation statistique superposées à une image anatomique

➤ Résultat : Carte fonctionnelle

Chaque voxel est coloré selon le degré de corrélation avec la tâche.

• On peut ainsi localiser les régions cérébrales impliquées dans une tâche donnée.

➤ Limitations IRMf

Résolution temporelle limitée (~1–2 s)

• Sensible aux mouvements du sujet
• Ne donne qu’une mesure indirecte de l’activité neuronale
• Bruit physiologique (respiration, pouls) à contrôler