IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE DE DIFFUSION (IRMD)

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L’IRM de diffusion dans la dynamique de l’imagerie cérébrale

Les limitations d’ordre technique et d’ordre épistémologique qui aboutissent aux techniques d’analyse probabiliste sont contrecarrées par le développement de nouveaux algorithmes utilisant des méta-analyses qui comparent les résultats issus d’analyses de diffusion et de tractographie. De plus, le développement d’instruments utilisant des électro-aimants plus puissants permet et permettra une plus grande résolution ainsi qu’une plus grande fiabilité.

Images d’IRM de diffusion

Photographie : Images d’IRM de diffusion

Cette représentation de 38 faisceaux longs de la substance blanche du cerveau humain (une couleur par faisceau) est l'assemblage d'images acquises chez 78 sujets de la base de données de neuro-imagerie CONNECT/Archi, constituée à NeuroSpin. Ces images ont été obtenues selon une coupe... 

Crédits : © D. Duclap, B. Schmitt, A. Lebois, P. Guevara, D. Le Bihan, J.-F. Mangin, C. Poupon/ CEA-NeuroSpin (source « Clefs CEA » n°62)

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Il faut donc envisager l’IRMd, ses développements et ses possibilités scientifiques, dans un cadre dynamique. Dans les années 1980, l’IRMd a d’abord reçu un accueil très mitigé dans la communauté scientifique des radiologues. Au cours des premiers essais, il s’agissait, pour Denis Le Bihan, d’utiliser un signal de diffusion des molécules d’eau dans un volume de tissu de l’ordre du millimètre cube, pour en dériver des paramètres microscopiques à l’échelle cellulaire selon un type de modèle employé déjà par Albert Einstein dans le but de défendre la théorie atomique en expliquant le mouvement brownien à l’échelle microscopique par la diffusion à l’échelle atomique. Le Bihan souhaitait quant à lui relier le niveau intermédiaire, de l’ordre de dix micromètres, au niveau moléculaire. À ce stade, le chercheur ne pouvait encore savoir quels éléments cellulaires allaient se corréler avec son signal IRMd. L’assignation du signal IRMd à l’orientation du trajet des axones est en effet une observation purement empirique, qui est validée localement, uniquement dans certaines conditions d’anisotropie. Il faut donc toujours rester prudent en faisant de l’IRMd « la » technique de tractographie, selon une correspondance simple et trompeuse relevant en réalité d’une aventure scientifique complexe et qui aboutit à faire de l’IRMd une technique de tractographie, dans certaines conditions et du fait d’un développement technologique des gradients de champ magnétique qui n’allait pas de soi. En effet, l’usage de l’IRMd comme tractographe dépend de certains protocoles précis. D’ailleurs certaines variations introduites dans ces protocoles transforment l’IRMd en d’autres techniques d’imagerie, comme celle en cours de développement pour visualiser des éléments microscopiques non axonaux, c’est-à-dire les corps des neurones et les cellules de la glie.

De plus, d’autres types de corrélations sont possibles, comme la première chronologiquement établie en 1990, entre l’anisotropie de diffusion de l’eau et les foyers d’ischémie (interruption temporaire du flux sanguin) précoce – premier succès de l’IRMd, qui a favorisé ses développements ultérieurs. En ce sens, la tractographie IRMd ne représente qu’un mode d’utilisation de l’IRMd, comme l’IRMd représente un mode d’utilisation de l’IRM, et l’IRM un mode d’utilisation de la RMN. L’histoire et l’épistémologie des techniques constituent un champ d’investigation complexe pour lequel l’analyse doit porter sur des séries d’instruments selon le développement de ces instruments et de leurs utilisations dans différents champs scientifiques.

D’ailleurs, un autre type de corrélation entre le signal IRMd et un indice microscopique est à présent possible, car le signal IRMd semble pouvoir se corréler à celui de l’imagerie fonctionnelle (IRMf) de telle sorte que le signal IRMd prédit les régions cérébrales qui s’activeront par l’IRMf chez un sujet lors d’une certaine tâche. Par exemple, lorsque le cortex visuel est fortement activé par la présentation d’un échiquier clignotant à intervalles réguliers, le signal IRMd précède le signal IRMf et présente une localisation plus précise dans les aires visuelles. Il semble dans ce cas que le signal IRMd soit sensible à une variation de l’anisotropie de diffusion des molécules d’eau à l’intérieur des corps des neurones en fonction de leur léger gonflement lors d’une forte activité. Il pourrait s’agir également de changements locaux des volumes des dendrites, en fonction de l’activité neuronale et de phénomènes de plasticité synaptique. Or, tout changement d’organisation polarisé des membranes biologiques à l’échelle du tissu nerveux se traduit par la mise en place de nouvelles barrières qui influent sur l’orientation et le coefficient de diffusion des molécules d’eau. Cependant, il est toujours très difficile de connaître quels phénomènes biologiques microscopiques engendrent le signal IRMd, de même qu’on ne connaît toujo [...]

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Principe de l’IRM de diffusion

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Crédits : © D. Duclap, B. Schmitt, A. Lebois, P. Guevara, D. Le Bihan, J.-F. Mangin, C. Poupon/ CEA-NeuroSpin (source « Clefs CEA » n°62)

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Jean-Gaël BARBARA, « IMAGERIE PAR RÉSONANCE MAGNÉTIQUE DE DIFFUSION (IRMD) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 07 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/imagerie-par-resonance-magnetique-de-diffusion/