Imagerie cérébrale : percer les mystères du cerveau

Depuis 40 ans, différentes techniques d'imagerie ont été mises au point pour observer le corps humain. Certaines d'entre elles permettent d'observer précisément le cerveau, et ce de manière non invasive, c'est-à-dire sans ouvrir la boîte crânienne. Ces techniques d'imagerie utilisent soit des rayonnements (émission de rayons X, détection de produits radioactifs injectés), soit la mesure de l'activité électrique ou, plus récemment, de champs magnétiques. Les récents progrès en informatique ont permis un véritable bond en avant dans l'analyse des données et des images.

L'imagerie structurelle permet d'étudier l'anatomie du cerveau et tout ce qui peut la perturber (tumeur, hémorragie, déformation pathologique, etc.). Elle se révèle très utile au diagnostic médical.

• Le scanner (tomographie, tomodensitométrie, CT-Scan) repose sur l'utilisation de rayons X permettant de réaliser une série de radiographies prises en coupe puis associées par ordinateur. On peut injecter par voie intraveineuse au patient des produits de contraste comme l'iode, pour améliorer le rendu des images (des tumeurs, par exemple).

• L'IRM (Imagerie par résonnance magnétique) utilise les champs magnétiques et les propriétés des molécules d'eau dans le cerveau. Cet examen est plus long mais plus précis que le scanner. Là aussi, un produit de contraste peut être utilisé. Il est utile en cas d'accident vasculaire cérébral, de cancer, ou de maladies dégénératives du cerveau…

L'imagerie fonctionnelle rend compte de l'activité des zones cérébrales durant certaines tâches (parole, mouvement, etc.). Elle est autant utilisée en recherche fondamentale qu'en clinique, pour identifier des foyers épileptiques (réseaux de neurones à l'origine des crises d'épilepsie) ou pour repérer des zones du cerveau devant être épargnées lors d'une opération chirurgicale.

• L'EEG (Électroencéphalogramme) est une méthode non invasive. Elle mesure les ondes électriques qui reflètent l'activité du cerveau. Plusieurs électrodes sont disposées sur le cuir chevelu. On n'obtient non pas une image mais des tracés d'activité pour chaque électrode, c'est-à-dire pour chaque zone du cerveau étudiée.

• La TEP (Tomographie par émission de positons, scintigraphie, PETscan) est une technique basée sur l'utilisation d'une molécule radioactive njectée en intraveineuse. Des capteurs externes mesurent ensuite les différentes quantités de rayonnements émis dans la zone où elle se trouve. En fonction de la molécule marquée radioactivement, cette méthode permet de mettre en évidence différents paramètres : la consommation d'énergie (glucose), le débit sanguin, la synthèse d'une hormone (dopamine, par ex.) qui reflètent l'activité cérébrale.

• L'IRMf (Imagerie par résonnance magnétique fonctionnelle) permet d'enregistrer les variations de flux sanguin dans des petites zones du cerveau. On peut ainsi en déduire la consommation d'oxygène dans le cerveau et donc les zones du cerveau en activité (pour localiser les aires du langage ou de motricité avant une intervention chirurgicale, afin de ne pas les léser).

• La MEG (Magnétoencéphalographie) mesure des champs magnétiques dus à l'activité électrique des neurones. Ces champs magnétiques sont très faibles, c'est pourquoi la machine est ultra-sensible et très protégée du magnétisme ambiant naturel. La MEG permet de visualiser les structures profondes du cerveau de façon plus précise que l'IRMf.

L'imagerie cérébrale a permis de mieux comprendre les maladies neurologiques en permettant aux chercheurs d'associer les signes cliniques d'une maladie (pertes de mémoire) avec l'observation du cerveau lui-même (dysfonctionnement de certains neurones). Elle se révèle ainsi un allié précieux pour préciser un diagnostic, localiser des lésions, suivre l'efficacité des thérapies administrées aux patients. Les chercheurs évaluent notamment l'intérêt de l'IRM pour dépister tôt la maladie de Parkinson.

Elle est aussi de plus en plus utilisée à des fins de recherche fondamentale : les chercheurs étudient l'activité du cerveau de patients schizophrènes durant leurs crises d'hallucination (IRMf), caractérisent les différences structurelles du cerveau des enfants autistes (IRM), ou encore observent les zones du cerveau impliquées dans la mise en place du langage chez les jeunes enfants (MEG).

De nouvelles techniques d'imagerie ont vu récemment le jour, avec des échelles de résolution encore plus petites : l'IRMd (IRM de diffusion) permet, avec le même appareillage que les autres IRM mais plus puissant, de visualiser la diffusion de l'eau dans des structures microscopiques du cerveau. Le cerveau est un tissu biologique hétérogène, où la diffusion des molécules d'eau (présentes dans le sang qui irrigue le cerveau) varie selon les zones cérébrales, ce qui peut rendre compte de son organisation et de sa complexité.

Article réalisé avec la collaboration de l'équipe des Pr Stanislas Dehaene et Denis Le Bihan, de NeuroSpin à Saclay.