Neuroimagerie fonctionnelle - Functional neuroimaging

Données d' imagerie par résonance magnétique fonctionnelle

La neuroimagerie fonctionnelle est l'utilisation de la technologie de neuroimagerie pour mesurer un aspect de la fonction cérébrale, souvent dans le but de comprendre la relation entre l'activité dans certaines zones du cerveau et des fonctions mentales spécifiques. Il est principalement utilisé comme un outil de recherche en neurosciences cognitives , la psychologie cognitive , neuropsychologie et neurosciences sociales .

Aperçu

Principales résolutions des techniques d'imagerie fonctionnelle cérébrale

Les méthodes courantes de neuroimagerie fonctionnelle comprennent

La TEP, l'IRMf, la fNIRS et la fUS peuvent mesurer les changements localisés du flux sanguin cérébral liés à l'activité neuronale. Ces changements sont appelés activations . Les régions du cerveau qui sont activées lorsqu'un sujet exécute une tâche particulière peuvent jouer un rôle dans les calculs neuronaux qui contribuent au comportement. Par exemple, une activation généralisée du lobe occipital est généralement observée dans les tâches qui impliquent une stimulation visuelle (par rapport aux tâches qui n'en impliquent pas). Cette partie du cerveau reçoit des signaux de la rétine et jouerait un rôle dans la perception visuelle .

D'autres méthodes de neuroimagerie impliquent l'enregistrement de courants électriques ou de champs magnétiques, par exemple EEG et MEG. Différentes méthodes ont différents avantages pour la recherche ; par exemple, le MEG mesure l'activité cérébrale avec une résolution temporelle élevée (jusqu'au niveau de la milliseconde), mais sa capacité à localiser cette activité est limitée. L'IRMf fait un bien meilleur travail de localisation de l'activité cérébrale pour la résolution spatiale, mais avec une résolution temporelle beaucoup plus faible tandis que l'échographie fonctionnelle (fUS) peut atteindre une résolution spatio-temporelle intéressante (jusqu'à 100 micromètres, 100 millisecondes, à 15 MHz dans les modèles précliniques) mais est également limité par le couplage neurovasculaire.

Récemment, l'imagerie par particules magnétiques a été proposée comme une nouvelle technique d'imagerie sensible qui a une résolution temporelle suffisante pour la neuro-imagerie fonctionnelle basée sur l'augmentation du volume sanguin cérébral. Les premiers essais précliniques ont démontré avec succès l'imagerie fonctionnelle chez les rongeurs.

Thèmes de neuroimagerie fonctionnelle

La mesure utilisée dans une étude particulière est généralement liée à la question particulière abordée. Les limites de mesure varient selon les techniques. Par exemple, MEG et EEG enregistrent les fluctuations magnétiques ou électriques qui se produisent lorsqu'une population de neurones est active. Ces méthodes sont excellentes pour mesurer l'évolution dans le temps des événements neuronaux (de l'ordre de quelques millisecondes), mais généralement mauvaises pour mesurer où ces événements se produisent. La TEP et l'IRMf mesurent les changements dans la composition du sang à proximité d'un événement neuronal. Étant donné que les changements sanguins mesurables sont lents (de l'ordre de quelques secondes), ces méthodes sont bien pires pour mesurer l'évolution dans le temps des événements neuronaux, mais sont généralement meilleures pour mesurer l'emplacement.

Les « études d'activation » traditionnelles se concentrent sur la détermination des modèles distribués d'activité cérébrale associés à des tâches spécifiques. Cependant, les scientifiques sont en mesure de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau en étudiant l'interaction de régions cérébrales distinctes, car une grande partie du traitement neuronal est effectuée par un réseau intégré de plusieurs régions du cerveau. Un domaine actif de la recherche en neuroimagerie consiste à examiner la connectivité fonctionnelle des régions cérébrales spatialement éloignées. Les analyses de connectivité fonctionnelle permettent de caractériser les interactions neuronales interrégionales lors de tâches cognitives ou motrices particulières ou simplement à partir d'une activité spontanée au repos. FMRI et PET permettent la création de cartes de connectivité fonctionnelle de distributions spatiales distinctes de régions cérébrales temporellement corrélées appelées réseaux fonctionnels. Plusieurs études utilisant des techniques de neuroimagerie ont également établi que les zones visuelles postérieures chez les personnes aveugles peuvent être actives lors de l'exécution de tâches non visuelles telles que la lecture en braille, la récupération de la mémoire et la localisation auditive ainsi que d'autres fonctions auditives.

Une méthode directe pour mesurer la connectivité fonctionnelle consiste à observer comment la stimulation d'une partie du cerveau affectera d'autres zones. Cela peut être fait de manière non invasive chez l'homme en combinant la stimulation magnétique transcrânienne avec l'un des outils de neuroimagerie tels que la TEP, l'IRMf ou l'EEG. Massimini et al. ( Science , 30 septembre 2005) ont utilisé l'EEG pour enregistrer la façon dont l'activité se propage à partir du site stimulé. Ils ont rapporté que dans le sommeil non paradoxal , bien que le cerveau réponde vigoureusement à la stimulation, la connectivité fonctionnelle est très atténuée par rapport à son niveau d'éveil. Ainsi, lors du sommeil profond, « les zones cérébrales ne se parlent pas ».

La neuroimagerie fonctionnelle s'appuie sur des données provenant de nombreux domaines autres que les neurosciences cognitives et les neurosciences sociales , y compris d'autres sciences biologiques (telles que la neuroanatomie et la neurophysiologie ), la physique et les mathématiques , pour développer et affiner davantage la technologie.

Critique et interprétation prudente

Les études de neuroimagerie fonctionnelle doivent être soigneusement conçues et interprétées avec précaution. L'analyse statistique (souvent à l'aide d'une technique appelée cartographie paramétrique statistique ) est souvent nécessaire pour que les différentes sources d'activation dans le cerveau puissent être distinguées les unes des autres. Cela peut être particulièrement difficile lorsque l'on considère des processus difficiles à conceptualiser ou auxquels aucune tâche facilement définissable n'est associée (par exemple la croyance et la conscience ).

La neuroimagerie fonctionnelle de phénomènes intéressants est souvent citée dans la presse. Dans un cas , un groupe de chercheurs de premier plan neuro - imagerie fonctionnelle senti obligé d'écrire une lettre à New York Times en réponse à une op-ed article sur une étude de soi-disant neuropolitics . Ils ont fait valoir que certaines des interprétations de l'étude étaient « scientifiquement infondées ».

Le Hastings Center a publié un rapport en mars 2014 intitulé "Interpreting Neuroimages: An Introduction to the Technology and Its Limits", avec des articles d'éminents neuroscientifiques et bioéthiciens . Le rapport explique brièvement les technologies de neuroimagerie et principalement les critiques, mais défend aussi quelque peu leur état actuel, leur importance et leurs perspectives.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

  • Cabeza, R., & Kingstone, K. (éd.) (2006). Manuel de neuroimagerie fonctionnelle de la cognition . Presse MIT.
  • Cacioppo, JT, Tassinary, LG et Berntson, GG (2007). Manuel de psychophysiologie. La presse de l'Universite de Cambridge.
  • Hillary, FG et DeLuca, J. (2007). Neuroimagerie fonctionnelle dans les populations cliniques .
  • Kanwisher, N., & Duncan, J. (2004). Neuroimagerie fonctionnelle de la cognition visuelle .
  • Silbersweig, D., & Stern, E. (2001). Fondements et pratique de la neuroimagerie fonctionnelle et de la neuropsychologie .
  • Thatcher, R, W. (1994). Neuroimagerie fonctionnelle : fondements techniques.

Liens externes