1 / 58

Introduction à l’Imagerie Cérébrale Fonctionnelle :

Introduction à l’Imagerie Cérébrale Fonctionnelle :. Line Garnero Laboratoire de Neurosciences Cognitives & Imagerie Cérébrale CNRS UPR640 Centre de Magnétoencéphalographie. Philippe Ciuciu UNAF/ CEA SHFJ Orsay. Sommaire. Imagerie Cérébrale Fonctionnelle. Principes physiologiques.

karik
Download Presentation

Introduction à l’Imagerie Cérébrale Fonctionnelle :

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Introduction à l’Imagerie Cérébrale Fonctionnelle : Line Garnero Laboratoire de Neurosciences Cognitives & Imagerie Cérébrale CNRS UPR640 Centre de Magnétoencéphalographie Philippe Ciuciu UNAF/ CEA SHFJ Orsay

  2. Sommaire • Imagerie Cérébrale Fonctionnelle • Principes physiologiques • Les différentes techniques • - principes physiques • - analyse des données • Applications • - Neurologie • - Sciences Cognitives

  3. Imagerie Cérébrale Fonctionnelle • Etude du cerveau en action • Répondre aux questions Où et Quand ? • Domaine de Recherche entre Sciences de la Vie et Physique, Mathématiques et Informatique • Applications : recherche en Sciences Cognitives • : recherche clinique (neurologie)

  4. Les différentes méthodes Méthodes invasives - imagerie optique (chez l’animal) - électrodes intracérébrales (animal et patients) Neuropsychologie - étude de déficits en corrélation avec des lésions Méthodes non invasives - imagerie métabolique et hémodynamique (TEP et IRMf) - imagerie électrique et magnétique (MEG et EEG)

  5. cerveau Log Résolution (mm) MEG+PE TEP lésions aire imagerie optique IRM colonne potentiels de champs locaux microlésions couche neurone 2-déoxyglucose dendrite microscopie synapse milliseconde seconde minute heure jour Log Temps (sec) non-invasif invasif Propriétés de diverses techniques d’investigation cérébrale

  6. Historique 1850 : Etude des lésions (Aire de Broca) 1929 : Premier EEG (Hans Berger) 1968 : Premières mesures en MEG 1972 : Tomographie par Emission de Positons TEP 1980 – 89 : Essor de la TEP 1990 : Apparition de l’IRM fonctionnelle 1990- : Commercialisation de systèmes MEG

  7. PPSE - PPSI Intracellulaire ou extracellulaire EEG - MEG TEP IRMf Bases physiologiques de l’ I. C. F. Neuronal Potentiel d’action Métabolisme Synthèse d’ATP consommation de Glucose et O2 TEP Hémodynamique Déoxygénation Augmentation Du Débit Sanguin D’après B. Mazoyer

  8. MEG : mesure du champ magnétique. Ordre de grandeur : 10-13 tesla Capteurs : SQUID couplés à des bobines Appareillage très coûteux EEG : mesure du Potentiel électrique. Ordre de grandeur : quelques microvolts Capteurs : électrodes Appareillage très répandu Electroencéphalographie (EEG) et Magnétoencéphalographie (MEG) Mesurent l ’activité électrique neuronale Imagerie non invasive Résolution temporelle ~1ms

  9. ORIGINE DU SIGNAL MEG et EEG

  10. POTENTIELS NEURONAUX Potentiel Postsynaptique I Dipôle de courant microscopique Q = I x d = 20 fAm Durée 10ms Potentiel d ’action 2 courants opposés : front de polarisation + dépolarisation Durée 1ms Quadrupôle : Décroissance en 1/r3

  11. POTENTIEL POST SYNAPTIQUE Action d ’un neurotransmetteur : Permeabilité : courant Na+ entrant Permeabilité : courant K+ sortant l : longueur de décroissance du courant = 0.1 mm l rs : résistance intracellulaire = 1012W DV : ddp le long de la dendrite = 25 mV DV Dipôle de courant Q Q= I l = DV l / rs = 20 fAm Durée temporelle : 10 ms

  12. COURANTS MACROSCOPIQUES Sommation des activités simultanées d ’un grand nombre de neurones Boucles fermées Pas de courant macroscopique Noyaux Boucles ouvertes courant macroscopique Cortex Cellules pyramidales

  13. Dipôle radial (gyrus) I Dipôle tangentiel (sillon) Dipôle de courant Macrocolonne corticale 105 à 106 neurones Q =I x d ~10 à 100 nAm Dipôles sur la surface corticale Courants macroscopiques

  14. Courants secondaires ou de conduction

  15. CHAMPS RESULTANTS CHAMP ELECTRIQUE CHAMP MAGNETIQUE

  16. LES REPONSES TOPOGRAPHIQUES EEG MEG Potentiel < 0 Champ< 0 Champ>0 Potentiel > 0

  17. QUELQUES NOTIONS D’INSTRUMENTATION

  18. 1er EEG : Hans Berger 1929 - sur patient trépané Système 10- 20 Système 64 à 128 électrodes casque d ’électrodes INSTRUMENTATION EEG

  19. INSTRUMENTATION MEG Ordre de grandeur des champs magnétiques cérébraux

  20. 1980 : Systèmes 7 à 37 capteurs couverture partielle de la tête 1990 : Système casque intégral, ~150 capteurs Enregistrement MEG + EEG simultané INSTRUMENTATION MEG 1er MEG : Cohen -MIT 1968 - avec de nombreux bobinages 1972 : apparition des squids Capteur magnétique Supraconducteur 4°K (refroidi à l ’hélium liquide)

  21. INSTRUMENTATION MEG Principe de la mesure en MEG Détection : bobines réceptrices de flux + transformateurs de flux : squids SQUIDS : dispositif supra Basse T (refroidi à l ’hélium liquide)

  22. Gradient d ’ordre supérieur avec capteurs de référence Chambre blindée : parois de mu-métal INSTRUMENTATION MEG - Correction

  23. INSTRUMENTATION MEG - Le Système

  24. LES SIGNAUX MEG et EEG

  25. LES REPONSES DE LA MEG ET DE L ’EEG Données spatiotemporelles MEG EEG

  26. REPONSE SIMULTANEE MEG ET EEG MEG EEG Réponse auditive 100 millisecondes après l ’arrivée du son

  27. Potentiel < 0 Champ< 0 Champ>0 Potentiel > 0 LES REPONSES TOPOGRAPHIQUES EEG MEG

  28. LES DIFFERENCES DE PROPAGATION MEG EEG Cortex Face externe de l ’os

  29. DIFFERENCES ENTRE MEG ET EEG : RECAPITULATIF MEG EEG • Mesure le potentiel électrique • Réponse dipolaire parallèle à la direction du dipôle • Réponse diffuse • Très affecté par les tissus • sensible à toutes orientations • sensible aux sources profondes • Appareillage moins cher • Mesure le champ magnétique • Réponse dipolaire perpendiculaire à la direction du dipôle • Réponse focale • Peu affecté par tissus cérébraux • Sélectif pour sources tangentielles • Peu sensible aux sources profondes • Appareillage coûteux

  30. ANALYSE DES SIGNAUX

  31. Les différents rythmes - alpha : 8 - 13 Hz (occipital) - mu : 7 - 11 Hz (mouvement) - beta : 18 - 30 Hz (moteur) - gamma : 30 - 50 Hz - delta : 0.5 - 4 Hz (sommeil) Les signaux épileptiques - pointes intercritiques - EEG ictal (crise) ANALYSE DES SIGNAUX : Activité spontanée

  32. 40 Hz 100 ms ANALYSE FREQUENTIELLE Analyse temps - fréquence des signaux (Rodriguez et col., 1999, Tallon - Baudry) Analyse des synchronies Amplitude Phase Filtre + Ondelette Lachaux,.(Human Brain Mapping, 1999)

  33. Moyennage synchronisé à 1 stimulus (Dawson 1937) P100 N145 Les différentes réponses (latence et amplitude) Nomenclature : - Nxxx : onde EEG négative pointant à xxx ms - Pxxx : onde EEG positive - Mxxx : onde MEG ……..pointant à xxx ms ANALYSE DES SIGNAUX : Potentiels évoqués

  34. Influence du nombre d ’essais 10 essais 50 essais 1 essai

  35. Influence du nombre d ’essais 400 essais 1600 essais 100 essais

  36. TOPOGRAPHIE DES REPONSES MEG Cartographie MEG : Interpolation linéaire entre capteurs sur le casque 3D 2D

  37. TOPOGRAPHIE DES REPONSES EEG Cartographie EEG : Interpolation entre capteurs par fonctions splines Cartographie de la densité de courant : I = - sDV avec D : laplacien de surface Intérêts : * indépendant de la référence * focales pour sources proches * atténuation des sources profondes

  38. LA LOCALISATION DES SOURCES DE L’EEG et LA MEG

  39. IMAGERIE MEG-EEG : LOCALISATION Reconstruire dans le temps et l ’espace les sources neuronales à l ’origine des signaux MEG et EEG mesurés en surface Problème inverse J?

  40. Problème direct : • géométrie complexe du milieu de conduction : peau, os , LCR, cortex Problème inverse : • peu de données • solution non unique • instabilité des solutions au bruit LOCALISATION : Difficultés

  41. PROBLEME DIRECT : les modèles de tête Modèle sphérique Modèle réaliste inhomogène Modèle réaliste homogène par couches Intégrales de frontière Méthode des Eléments Finis Méthode des Différences finies inhomogènes ou anisotropes Calcul analytique de B et V Milieux isotropes et homogènes B indépendant des conductivités B dépend uniquement du centre de la sphère Maillage surfacique Maillage volumique [Meijs et al, 1987, 1989] [Marin, 1998] [Lemieux, 1996] [Hämäläinen & Sarvas, 1989] [de Munck, 1988] [Sarvas, 1987]

  42. PROBLEME INVERSE : les approches • Approches dipolaires • Trouver un ou plusieurs dipôle(s) “équivalent(s)” dont les paramètres sont à estimer àpartir des données • OU • Imagerie de la densité corticale de courant • Estimation des amplitudes de dipôles de courant distribués au préalable sur la surface corticale (sources distribuées)

  43. SOMESTHESIE Paradigme : Stimulations sensitives des doigts (400 par doigt) en MEG Droit Gauche Latence à 40 ms Index Petit Doigt

  44. PROBLEME INVERSE : Modèle dipolaire MEG

  45. petit doigt majeur index pouce SOMESTHESIE : Somatotopie des doigts Distance entre doigt ~ 0.9 cm Distance I - V ~ 1.5 cm

  46. Contrôle Patient Dystonique SOMESTHESIE : Application clinique

  47. DESORGANISATION versus score clinique S. Meunier, L. Garnero B. Renault M. Vidailhet, Annals of Neurology, 2001

  48. PE auditifs ou PEA Dipôles de la N100 - Mise en évidence d ’une tonotopie : variation de localisation avec la fréquence

  49. PE auditifs ou PEA Tonotopie en fonction de la fréquence

  50. VISUEL : Rétinotopie du champ visuel H L U M110 Localisation du dipôle dépend de la position du stimulus dans le champ visuel

More Related