Imagerie dépendante du niveau d'oxygène dans le sang - Blood-oxygen-level-dependent imaging
L'imagerie dépendante du niveau d'oxygène dans le sang , ou imagerie à contraste BOLD , est une méthode utilisée en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) pour observer différentes zones du cerveau ou d'autres organes, qui s'avèrent être actives à un moment donné.
Théorie
Les neurones n'ont pas de réserves internes d'énergie sous forme de sucre et d' oxygène , de sorte que leur déclenchement entraîne un besoin de plus d'énergie à apporter rapidement. Grâce à un processus appelé réponse hémodynamique , le sang libère de l'oxygène vers les neurones actifs à un taux plus élevé que vers les neurones inactifs. Cela provoque une modification des niveaux relatifs de l' oxyhémoglobine et de la désoxyhémoglobine (oxygéné ou désoxygéné sang ) qui peuvent être détectées sur la base de leur différence de susceptibilité magnétique .
En 1990, trois articles publiés par Seiji Ogawa et ses collègues ont montré que l'hémoglobine a des propriétés magnétiques différentes sous ses formes oxygénée et désoxygénée (l'hémoglobine désoxygénée est paramagnétique et l'hémoglobine oxygénée est diamagnétique ), qui pourraient toutes deux être détectées par IRM . Cela conduit à une variation du signal magnétique qui peut être détectée à l'aide d'un scanner IRM. Étant donné de nombreuses répétitions d'une pensée, d'une action ou d'une expérience, des méthodes statistiques peuvent être utilisées pour déterminer les zones du cerveau qui ont de manière fiable le plus cette différence, et donc quelles zones du cerveau sont les plus actives au cours de cette pensée, action ou vivre.
Critiques et limites
Bien que la plupart des recherches en IRMf utilisent l'imagerie de contraste BOLD comme méthode pour déterminer quelles parties du cerveau sont les plus actives, car les signaux sont relatifs et non individuellement quantitatifs, certains remettent en question sa rigueur. D'autres méthodes qui proposent de mesurer directement l'activité neuronale ont été tentées (par exemple, la mesure de la fraction d'extraction d'oxygène, ou OEF, dans les régions du cerveau, qui mesure la quantité d'oxyhémoglobine dans le sang a été convertie en désoxyhémoglobine), mais parce que les champs électromagnétiques créés par un neurone actif ou en feu sont si faibles, le rapport signal sur bruit est extrêmement faible et les méthodes statistiques utilisées pour extraire des données quantitatives ont jusqu'à présent été largement infructueuses.
L'élimination typique des signaux basse fréquence dans l'imagerie à contraste BOLD a été remise en question en 1995, lorsqu'il a été observé que le « bruit » dans la zone du cerveau qui contrôle le mouvement de la main droite fluctuait à l'unisson avec une activité similaire dans la zone. du côté opposé du cerveau associé au mouvement de la main gauche. L'imagerie en contraste BOLD n'est sensible qu'aux différences entre deux états cérébraux. Une nouvelle méthode était donc nécessaire pour analyser ces fluctuations corrélées appelées IRMf à l'état de repos .
Histoire
Sa preuve de concept d'imagerie de contraste dépendante du niveau d'oxygène dans le sang a été fournie par Seiji Ogawa et ses collègues en 1990, à la suite d'une expérience qui a démontré qu'un changement in vivo de l'oxygénation du sang pouvait être détecté par IRM. Dans les expériences d'Ogawa, l'oxygène du sang -Imagerie dépendante du niveau du contraste des tranches de cerveau de rongeur dans différentes composantes de l'air. À des champs magnétiques élevés, des images de résonance magnétique de protons d'eau de cerveaux de souris et de rats vivants sous anesthésie ont été mesurées par une séquence d'impulsions d'écho de gradient. Des expériences ont montré que lorsque la teneur en oxygène du gaz respiratoire changeait progressivement, le contraste de ces images changeait progressivement. Ogawa a proposé et prouvé que l'oxyhémoglobine et la désoxyhémoglobine sont la contribution majeure de cette différence.
Parmi les autres pionniers notables de l'IRMf BOLD, citons Kenneth Kwong et ses collègues, qui ont utilisé la technique pour la première fois sur des participants humains en 1992.