CERVEAU HUMAIN

L'imagerie médicale et le cerveau

L'existence des relations entre le cerveau et la pensée a alimenté de nombreuses querelles philosophiques, et ce en raison de l'absence de techniques d'observation du fonctionnement normal de cet organe. À la fin du xix^e siècle, physiologistes (C. S. Roy et C. S. Sherrington, 1890) et neurochirurgiens ont établi que les fonctions supérieures du cerveau coïncidaient avec des modifications localisées de la circulation sanguine cérébrale et que des stimulations ou des lésions du cortex pouvaient provoquer l'interruption ou un trouble de leur exécution (P. Broca, 1861). Jusqu'aux années 1980, cette dernière approche, appelée neuropsychologie, a constitué la méthode expérimentale prédominante pour l'étude des relations entre structures et fonctions cérébrales. Elle est cependant limitée du fait de la variabilité entre individus et, dans le temps, des lésions et des troubles fonctionnels associés, et, plus fondamentalement, parce qu'elle tente d'inférer le fonctionnement du cerveau normal à partir de l'observation de dysfonctionnements de cerveaux lésés. Des études chez l'animal ont certes permis d'obtenir de nombreuses données sur l'organisation de certaines fonctions cérébrales mais leur extrapolation au cerveau humain reste sujette à caution compte tenu des importantes différences, anatomiques et fonctionnelles entre le cerveau de l'homme et celui des animaux.

Dans ce contexte, la mise au point au cours des années 1990 de techniques d'imagerie numérique tridimensionnelle, permettant d'observer de façon externe chez l'homme vivant l'organisation fonctionnelle de son cerveau, a constitué une véritable révolution. La tomographie par émission de positons (T.E.P.), l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (I.R.M.F.) et la magnétoencéphalographie (M.E.G.) sont désormais à même de fournir des cartes spatio-temporelles des événements électriques et métaboliques en rapport avec les activités mentales.

Imagerie par I.R.M. d'un cerveau humain

L'imagerie par résonnance magnétique nucléaire permet d'identifier les différents tissus qui composent un organe. Dans ce cas particulier, on réalise des photographies des différences de contraste sur des sections successives du cerveau humain allant du sommet du crâne à la base du... 

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Image 3D

Reconstitution des structures cérébrales montrant (en bleu, à droite) une tumeur empiétant sur les ventricules cérébraux (en vert). 

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Événements mesurables de l'activité cérébrale

L'exécution d'une fonction cérébrale repose sur une séquence temporelle d'activités de cellules nerveuses, les neurones, agencées en réseau, dans lequel elles sont reliées par des jonctions appelées synapses. Schématiquement, des trains potentiels d'action parcourant des groupes de neurones entraînent la libération de médiateurs chimiques agissant au niveau des synapses comme neurotransmetteurs. Ils se lient à des récepteurs membranaires post-synaptiques, avec modification des potentiels de membrane du neurone en aval, activation traduite par un champ électromagnétique dipolaire. La mise en action d'un réseau neuronal entraîne une consommation locale d'énergie qui rend nécessaire une néosynthèse de l'adénosine triphosphate (ATP) utilisé. Cette synthèse est rendue possible par une augmentation de l'apport en glucose et en oxygène, à la faveur d'un accroissement du débit sanguin régional (D.S.C.R.). Certains mécanismes de couplage entre ces différentes opérations restent à préciser : en particulier la nature des médiateurs de la réponse vasculaire et la raison pour laquelle les augmentations locales de débit sanguin et de consommation de glucose dépassent de loin celles de consommation d'oxygène.

Les techniques d'enregistrement

Certains événements neurophysiologiques affectant le cortex cérébral peuvent être directement observés. C'est le cas en magnéto-encéphalographie, M.E.G. ; ou en électro-encéphalographie, E.E.G. : les modifications locales du champ électromagnétique se propageant à la vitesse de la lumière sont détectables « en temps réel » à la surface du scalp. E.E.G. et M.E.G. sont fondées sur la mesure de ces signaux et possèdent une excellente résolution temporelle (de l'ordre de la milliseconde). Leur limitation principale vient de la difficulté à localiser l'origine des signaux.

Quant aux autres événements, ils doivent être observés à l'aide de traceurs (fig. 2) : traceurs radioactifs dans le cas de la tomographie par émission de positons (abréviation T.E.P. ou encore P.E.T. en anglais) ou paramagnétiques dans le cas de l'imagerie de résonance magnétique fonctionnelle (I.R.M.F.). Ainsi, les signaux neurochimiques peuvent être détectés en T.E.P. grâce à l'injection, dans le sang du sujet, de ligands (molécules capables de se lier spécifiquement à une autre) des sites récepteurs membranaires, ligands marqués avec des émetteurs de positons (particule émise par un isotope instable, tel ¹⁵O, et qui libérer [...]

Imagerie cérébrale en T.E.P. et I.R.M.

Principe de l'imagerie cérébrale en T.E.P. et I.R.M. : mesure du débit sanguin régional. En T.E.P., de l'eau radioactive marquée à l'oxygène 15 est injectée dans le système vasculaire du patient, ce qui permet de mesurer le débit sanguin cérébral local. Les variations de... 

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