ARCHIVÉ - Mesurer l'activité du cerveau par l'image
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Le 05 mai 2005 — Ottawa (Ontario)
L'EEG
L'électroencéphalographie (EEG) aide les médecins à détecter et à diagnostiquer les troubles neurologiques comme les accidents vasculaires cérébraux, le coma, la paralysie cérébrale et les graves lésions au cerveau. Pour cela, on place des électrodes sur le crâne, amplifiant les impulsions électriques émises par le cerveau et les transformant en ondes qu'on peut ensuite suivre et analyser.
Depuis que le Dr Penfield a tracé la carte neuro-anatomique du cerveau dans les années 30 à l'Institut neurologique de Montréal, les scientifiques canadiens ne cessent de sonder l'esprit et ses mécanismes. De la science-fiction aux réalités de demain, Lizann Bolinger et Ryan D'Arcy, des laboratoires de recherche de l'Institut du biodiagnostic du CNRC (IBD-CNRC) à Winnipeg et à Halifax, respectivement, se sont lancés dans une quête qui pourrait aboutir à des ordinateurs commandés par la pensée. Dans l'intervalle, ces chercheurs sont persuadés qu'en combinant l'EEG (électroencéphalographie) et l'IRMf (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle), on pourrait améliorer le diagnostic actuel des états neurologiques allant de l'épilepsie à la maladie d'Alzheimer en passant par l'autisme et le TDAH (trouble de déficit de l'attention et de l'hyperactivité).
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| Electrodes sur le cuir chevelu et activités électriques notées par EEG |
Les chercheurs étudient les processus très complexes et élaborés de la pensée qui interviennent dans le langage et la mémoire. Ces scientifiques du CNRC espèrent rétrécir l'écart entre la précision de l'IRMf dans l'espace et celle de l'EEG dans le temps afin que les neurologues tirent parti de ces deux technologies d'imagerie cérébrale complémentaires.
L'IRMf
La technique d'IRMf repose sur la concentration d'oxygène dans le sang. Elle tire parti du fait que les propriétés magnétiques des globules rouges changent avec la quantité d'oxygène qu'ils transportent. Les zones les plus actives du cerveau attirent plus de sang. Les scientifiques comparent la quantité de sang et d'oxygène qui arrive dans le cerveau à la quantité d'oxygène gardée par les cellules nerveuses au repos ou en activité afin d'identifier et de différencier les régions qui interviennent pendant telle ou telle tâche. Les observations et les variations sont ensuite traitées avec un logiciel, ce qui aide les spécialistes à mieux comprendre comment fonctionne le cerveau.
Alors que l'EEG résume l'activité électrique du cerveau détectée sur le crâne, l'IRMf suit les fonctions cérébrales d'après les fluctuations de la quantité d'oxygène transporté par le sang. En effet, lorsqu'il y a stimulation, le sang irrigue plus vite les zones de l'encéphale qui ont été activées. Cet afflux de sang amène plus d'oxygène, ce qu'on peut déceler par une modification de l'intensité du signal en IRMf. Toutefois, l'arrivée et l'absorption d'oxygène n'est qu'un changement indirect qui prend plus de temps à se produire que l'activité électrique constante du cerveau mesurée par l'EEG.
M. D'Arcy fait l'analogie que voici : « Imaginez que le cerveau représente l'Amérique du Nord, avec ses montagnes, ses vallées et ses cours d'eau.
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| Résultat d'une IRMf |
Songez à la complexité des systèmes météorologiques qui évoluent et se déplacent constamment sur le continent – étudier le fonctionnement du cerveau présente beaucoup de ressemblances avec l'étude de tels systèmes... En combinant les technologies d'IRMf et d'EEG, on brosse un meilleur tableau de l'activité du cerveau dans le temps et dans l'espace. »
« L'enjeu est de mieux intégrer les données cartographiques de l'IRMf et les relevés de l'EEG pour déceler les anomalies du cerveau plus tôt et avec une plus grande précision », explique Ryan D'Arcy. « En travaillant avec des spécialistes de l'informatique comme Yannick Marchand, à l'IBD-CNRC de l'Atlantique, nous créons de nouveaux instruments de mesure cliniques qui exploitent les atouts complémentaires des deux techniques de neuro-imagerie fonctionnelle », ajoute Lizann Bolinger.
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| Différences dans les niveaux de sang et d'oxygène, apparentes dans les images produites par IRMf |
Ryan D'Arcy et Lizann Bolinger ont porté le potentiel évoqué cognitif (PEC) N400 bien connu un pas plus loin quand ils ont précisé l'emplacement du cerveau à l'origine de cette manifestation électrique de la pensée supérieure en combinant le PEC N400 et l'IRMf. Ils ont vérifié le PEC N400 chez plusieurs patients normaux, en clinique, puis M. D'Arcy et ses collègues en ont fait autant avec des personnes au système neurologique malade, pour déterminer si leurs processus cognitifs supérieurs leur permettait de comprendre ce qui les entoure, notamment les remarques et les questions formulées par des professionnels de la santé, des amis ou des proches. L'équipe espère que la combinaison du PEC N400 et de l'IRMf deviendra un test clinique pour les malades incapables de communiquer, dans l'espoir qu'ils retrouveront ainsi leur dignité humaine.
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Évaluer le PEC N400
Les potentiels évoqués cognitifs (PEC) sont des événements qui ont été isolés et quantifiés dans l'EEG (un peu comme un microphone très précis parvient à isoler les sons que la reine des abeilles fait dans une ruche). Environ 400 millisecondes après avoir décodé un énoncé illogique ( « la pizza est trop chaude pour chanter », par exemple), le cerveau émet un PEC dont le pic se situe dans les parties saines et intactes correspondant au siège de la pensée supérieure.
En faisant appel à l'expertise du CNRC en neuro-imagerie partout au Canada, de Halifax à Winnipeg, Ryan D'Arcy a commencé à prendre des images de patients incapables de communiquer puis à intégrer les résultats de l'EEG et de l'IRMf; de son côté, Lizann Bolinger peaufine les techniques de cartographie par IRMf et leurs applications cliniques en vue du développement d'une interface entre cerveau et ordinateur. Grâce aux chercheurs du CNRC, la pensée se rapproche peu à peu de la matière. À mesure qu'on comprend mieux le cerveau, la combinaison de ces deux technologies laisse entrevoir diverses applications, notamment au niveau de la médecine ordinaire et légale et de la sécurité.
Ainsi, en Allemagne, on apprend aux personnes souffrant de sclérose latérale amyotrophique (maladie de Lou Gehrig) à utiliser leurs ondes cérébrales pour communiquer avec le monde extérieur. En Israël, on suit la vivacité d'esprit des pilotes de chasse afin d'accroître la sécurité lors des vols prolongés... Pour sa part, M. D'Arcy insiste sur les applications médicales qui commencent à susciter l'intérêt de maints cliniciens soignant les troubles et les affections neurologiques. Les scientifiques du CNRC sont convaincus qu'en affinant la capacité de l'EEG et de l'IRMf à nous en apprendre davantage sur le fonctionnement du cerveau, ils parviendront à diagnostiquer plus rapidement et à mieux traiter les problèmes neurologiques et psychiatriques. On espère que les forces techniques du CNRC dans ce domaine déboucheront aussi sur de nouveaux développements au niveau des interfaces cerveau-ordinateur afin que la pensée en vienne un jour à actionner des fonctions électroniques et permette la communication, avec les nombreux espoirs et la plus grande qualité de vie que cela suppose pour les malades et ceux qui les chérissent.
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