Neu­ros­ciences « L’IRM de dif­fu­sion est une mé­thode plus di­recte et plus fi­dèle pour étu­dier le cer­veau »

La Recherche - - Sommaire /juin 2017 - N°524 -

Ex­ploi­tée dans sa fonc­tion pre­mière con­sis­tant à vi­sua­li­ser la struc­ture mi­cro­sco­pique des tis­sus bio­lo­giques, l’IRM de dif­fu­sion a été uti­li­sée avec suc­cès pour étu­dier l’ac­ti­vi­té cé­ré­brale.

La Re­cherche Dans les an­nées 1980, vous avez mis au point l’IRM de dif­fu­sion. Pour la pre­mière fois, vous l’avez uti­li­sée pour vi­sua­li­ser l’ef­fet d’une anes­thé­sie sur l’ac­ti­vi­té neuronale (1). Pou­vez-vous en ex­pli­quer le prin­cipe ? De­nis Le Bi­han L’IRM de dif­fu­sion re­pose sur la me­sure du mouvement brow­nien des mo­lé­cules d’eau pré­sentes par­tout dans le corps et donc dans le cer­veau : quand ces mo­lé­cules ren­contrent un obs­tacle, telles les mem­branes de cel­lules, leur mouvement est al­té­ré. En par­ti­cu­lier, leur « co­ef­fi­cient de dif­fu­sion » est mo­di­fié dès qu’il y a un chan­ge­ment dans la struc­ture du tis­su. En me­su­rant les va­ria­tions de ce co­ef­fi­cient, on peut ob­te­nir des images don­nant des in­for­ma­tions sur le tis­su cé­ré­bral. En quoi cet ou­til per­met-il d’ob­ser­ver l’ac­ti­vi­té neuronale ? Depuis les an­nées 1950, les neu­ro­bio­lo­gistes savent que les neu­rones gonflent au mo­ment où ils s’ac­tivent. Or notre étude dé­montre que ce gonflement in­duit un chan­ge­ment im­mé­diat du co­ef­fi­cient de dif­fu­sion au voi­si­nage des neu­rones ac­ti­vés. Plus pré­ci­sé­ment, nous avons mon­tré que le gonflement neuronal est di­rec­te­ment lié à l’ac­ti­vi­té neuronale, qui dans nos ex­pé­riences re­flète le ni­veau d’en­dor­mis­se­ment de rats. Comment avez-vous pro­cé­dé? Nous avons im­plan­té des élec­trodes dans le cer­veau de rats anes­thé­siés, dans une struc­ture cé­ré­brale pro­fonde im­pli­quée dans le pas­sage de l’état de veille à l’état de som­meil. Dans une ex­pé­rience té­moin, nous avons pro­cé­dé à une

NOUS AVONS MON­TRÉ QUE LE GONFLEMENT NEURONAL EST DI­REC­TE­MENT LIÉ À L’AC­TI­VI­TÉ NEURONALE

sti­mu­la­tion élec­trique de cette ré­gion, pro­vo­quant un ré­veil des ron­geurs mal­gré leur anes­thé­sie. Dans une autre ex­pé­rience, nous avons in­jec­té dans cette même ré­gion une mo­lé­cule an­ti­diu­ré­tique qui a pour ef­fet de blo­quer le gonflement neuronal. Ré­sul­tat : la dif­fu­sion de l’eau a aug­men­té et l’anes­thé­sie des ani­maux est de­ve­nue plus pro­fonde. À l’in­verse, en in­jec­tant du li­quide cé­pha­lo­ra­chi­dien di­lué, nous avons in­duit un gonflement neuronal. Cette fois, la dif­fu­sion de l’eau a bais­sé et les ef­fets de l’anes­thé

sie ont été ré­duits. Vous avez en­suite pu ob­ser­ver l’ef­fet de l’anes­thé­sie sur le fonc­tion­ne­ment du cer­veau… Oui. Et nous avons com­pa­ré notre mé­thode à l’IRM fonc­tion­nelle stan­dard. Cette der­nière consiste à me­su­rer les va­ria­tions du dé­bit san­guin dans le cer­veau, re­flet in­di­rect de l’ac­ti­vi­té neuronale. Or cer­taines mo­lé­cules, comme la ca­féine ou l’anes­thé­siant que nous avons uti­li­sé sur les rats, en­traînent des va­ria­tions glo­bales du dé­bit san­guin sans rap­port avec l’ac­ti­vi­té neuronale. Dès lors, l’IRM fonc­tion­nelle stan­dard est prise en dé­faut, car les dé­bits me­su­rés ne re­flètent plus l’ac­ti­vi­té neuronale. Au contraire, l’IRM de dif­fu­sion s’est montrée in­sen­sible à cet ef­fet vas­cu­laire, et a donc per­mis de vi­sua­li­ser l’ef­fet de l’anes­thé­sie sur l’ac­ti­vi­té neuronale. Il faut main­te­nant conti­nuer à en com­prendre les mé­ca­nismes, mais l’IRM de dif­fu­sion pa­raît une mé­thode d’ave­nir plus di­recte et plus fi­dèle pour étu­dier le cer­veau. Pro­pos re­cueillis par Gau­tier Ca­riou

(1) Y. Abe et al., PLOS Biol., 15 :e2001494, 2017.

De­nis Le Bi­han, mé­de­cin et phy­si­cien

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