VISUALISATION DE L'ACTIVITÉ DU CERVEAU

L’imagerie cérébrale fonctionnelle par radioéléments

L’imagerie utilisant des éléments radioactifs se développa au même moment que l’usage des radio-isotopes en biochimie et en physiologie. En bref, une molécule rendue radioactive par incorporation d’un isotope radioactif est introduite dans la circulation sanguine et connaît des variations locales de sa concentration selon des phénomènes de diffusion, en fonction des différentes affinités chimiques des tissus pour cette molécule et de son possible métabolisme dans certains cas.

Les premières visualisations d’une activité cérébrale utilisant une molécule radioactive (comme du krypton 81mKr ou du 131 trifluorométhane) furent réalisées après sacrifice de l’animal par autoradiographie, c’est-à-dire par des photographies de coupes histologiques de tissus cérébraux réalisées avec un film sensible au rayonnement de la molécule injectée préalablement in vivo dans l’animal (voie intraveineuse), et ayant diffusé à l’intérieur du cerveau.

Cette technique autoradiographique fut utilisée au cours des années 1950 par Seymour Kety (1915-2000) pour réaliser des mesures de la circulation sanguine cérébrale locale chez l’animal. Un modèle mathématique fondé sur la connaissance des propriétés de diffusion de la molécule radioactive dans le cerveau – dont la concentration augmente localement à la suite de l’injection jusqu’à équilibre puis diminue avec une diffusion secondaire – permet de déduire en chaque région du cerveau les débits sanguins locaux au moment du sacrifice de l’animal. L’autoradiographie, encore utilisée actuellement pour acquérir des données fonctionnelles à très haute résolution spatiale chez l’animal ou post-mortem chez l’homme, a permis de réaliser par exemple, dans les années 1970, des visualisations de l’activité métabolique locale du cortex visuel dont l’organisation fonctionnelle fut étudiée chez le chat lors de diverses conditions expérimentales (déprivation de lumière) de manière à en déduire les relations structure-fonction des réseaux neuronaux impliqués.

Les techniques autoradiographiques présentent au moins deux limitations majeures : la nécessité de travailler sur des tissus morts et les problèmes de détection de la radioactivité dans les tissus traités par les techniques histologiques. En outre, elles sont nécessairement statiques. Aussi, au cours de ces mêmes années, des techniques d’imagerie utilisant des isotopes radioactifs furent adaptées pour des mesures fonctionnelles chez l’homme en utilisant des scanners, permettant des mesures de radioactivité non invasives selon des plans de coupe (scan) du cerveau (tomographie). On put alors réaliser progressivement et conjointement sur le cœur et le cerveau – ces études étaient généralement conjointes, du moins à leur début – la mesure régionale du volume sanguin local avec le technétium 99m (^99mTc, produisant un rayonnement gamma) et la mesure de la consommation locale de glucose en utilisant le 18F-fluorodésoxyglucose (¹⁸FFDG, produisant des positons). Ces mesures par scintigraphie et tomographie d’émission monophotonique (TEMP avec ^99mTc, single photon emissioncomputedtomography – SPECT) ou de tomographie par émission de positons (TEP avec ¹⁸FFDG, positon emissiontomography – PET) permirent de réaliser des images localisant les activités cérébrales dans les plans sagittaux, frontaux et transversaux, et des reconstructions des activités du cerveau en trois dimensions. On aboutit ainsi à une cartographie fonctionnelle dynamique associant régions et réalisation de fonctions. L’imagerie par TEMP et celle par PET aboutirent in fine à des résultats assez similaires, mais, pour des raisons de coût de production des radio-isotopes et des détecteurs, l’imagerie par TEMP se répandit plus largement (pour la PET, l’usage d’un cyclotron était requis pour la production[...]