Quelques éléments de sciences cognitives pour les enseignants et les parents
Pour réduire l’anxiété éventuelle des enfants avant un examen IRM, Benjamin Taragin, radiologue à l’hôpital des enfants de Montefiore et depuis toujours fasciné par les legos, a eu l’idée de construire une IRM avec les fameuses briques! A quand l’EEG et la MEG? mais ces dernières techniques sont moins impressionnantes.
Voir son site ici
L ‘imagerie par résonance magnétique nécessite de placer le sujet dans un champ magnétique permanent de forte intensité (1.5 ou 3 Tesla dans nos études chez les nourrissons). Elle nécessite également la commutation rapide de petits champs magnétiques supplémentaires (gradients), et l’émission d’implusions de radio-fréquences rapides mais intenses. Il est donc naturel de s’interroger sur un éventuel impact de ces conditions electro-magnétiques particulières sur les volontaires.
Depuis 1985, plusieurs études très complètes ont prouvé que l’IRM est une méthode sûre qui n’a pas de conséquences nocives sur les organismes vivants. L’exposition à des champs magnétiques statiques souvent bien supérieurs au champ magnétique de 3 tesla utilisé dans nos études, ainsi que l’exposition aux impulsions radio-fréquentielles typiquement utilisées en IRM ont été étudiées chez de nombreux animaux et chez l’homme. Certaines de ces études ont examiné les mécanismes de réparation du DNA et le développement embryonnaire. Le plus souvent, aucun effet significatif n’a été retrouvé. Le Site mrisafety est un site très utile si vous voulez en savoir plus sur ces études.
La FDA (American Food and Drug Administration) a fixé les paramètres qui peuvent être utilisés pendant l’imagerie par résonance magnétique. Le logicial de notre appareil d’IRM (machine Trio 3 Tesla de Siemens) calcule ces paramètres et garantit qu’ils ne soient pas dépassés. Il est toutefois intéressant de constater à quel point nos expériences se situent bien en deçà de ces limites:
Le seul aspect dangereux de l’IRM est l’existence d’un champ magnétique permanent d’intensité suffisamment forte pour déplacer des objets ferro-magnétiques. Même une pièce ou un stylo peuvent devenir des projectiles dangereux s’ils sont approchés de l’aimant (ci-contre, on voit une boucle de ceinture se faire attirer par l’aimant permanent d’une machine à 1.5 Tesla).
Il est donc essentiel d’avertir de ce danger toute personne s’approchant de la machine. Dans nos études, les parents et l’enfant sont interrogés et inspectés à la recherche d’objets métalliques dans leurs vêtements ou à l’intérieur de leur corps. Les bébés sont déshabillés pour s’assurer de l’absence d’épingles, bijoux, boutons-pressions,… Si nous avons un seul doute sur la présence de matériel métallique, (par exemple du matériel chirurgical), l’examen par IRM est annulé. Comme nous travaillons avec des volontaires normaux, il n’y a aucune raison de prendre le moindre risque.
Nous sommes particulièrement attentifs à protéger les enfants contre le bruit de la machine, qui est assez important (séquence anatomique: 96 dBA SPL ; pre-scan EPI: 102 dBA SPL ; sequence EPI: 95 dBA SPL). Le tunnel de la machine a été recouvert d’une protection anti-bruit pour réduire le bruit et les vibrations à l’intérieur du tunnel (-6 dB). Un casque anti-bruit, assurant une atténuation entre 30 and 35 dB pour les fréquences entre 250 and 8000 Hz, est placé sur les oreilles des nourrissons. Ce casque est inséré dans une mousse qui fournit une protection anti-bruit supplémentaire et assure que le casque reste en place pendant toute l’étude. Les stimuli auditifs sont délivrés aux nourrissons par des haut-parleurs piézo-électriques insérés dans le casque anti-bruit. Le niveau de présentation des stimuli sonores est ajusté pour être confortable, et aisément compréhensible au dessus du bruit résiduel de la machine par un adulte normal.
Etant donné tous ces paramètres, nous estimons que le niveau sonore maximum auquel un bébé est exposé est d’environ 72 dB. Ce niveau sonore n’est pas inhabituel dans l’environnement du bébé et n’est pas dangereux sur la période de 30 minutes maximum que dure l’étude– Souvenez-vous qu’une conversation calme atteint un niveau de 60 dB, un aspirateur 70 à 80 dB, l’intérieur d’une voiture 77 dB et un klaxon peut atteindre 110 dB! Les recommandations de l’organisation mondiale de la santé sont de garder l’exposition sonore d’un enfant à moins de 70 dB cumulé sur 24h, soit à moins de 85 dB si l’exposition est d’une heure chaque jour en évitant les pics au-dessus de 110 dB. (To avoid hearing impairment in both adults and children from music and other sounds played back in headphones, the LAeq,24h should not exceed 70 dB. This implies that for a daily one-hour exposure the LAeq should not exceed 85 dB. The exposures are expressed in free-field equivalent sound pressure levels. To avoid acute hearing impairment, the LAmax should always be below 110 dB). Notez également que le seuil auditif pendant la première année de vie est 15 à 30 dB plus élevé que celui de l’adulte dans l’intervalle de fréquence 250-8000 Hz (Olsho, Koch, Carter, Halpin, & Spetner, 1988).
Le succès de nos mesures de protection sonore est indiqué par le fait que plusieurs bébés se sont endormis pendant l’examen ou sont restés endormis tout du long. Néanmoins, nous travaillons toujours sur une amélioration de la protection sonore car les bébés éveillés sont généralement surpris par le démarrage brusque du bruit et peuvent donc bouger ou pleurer. Nous essayons de diminuer cette surprise en habituant les nourrissons au bruit de la machine: Nous leur faisons écouter un enregistrement de ce bruit dont l’intensité est progressivement augmentée.
A chaque examen, un médecin est présent et reste à l’intérieur de la pièce d’IRM, souvent avec l’un des parents. Il reste en contact visuel avec le bébé grâce à un miroir. Le radiologiste peut entendre le bébé et le médecin grâce à un microphone construit dans la machine IRM.
Nous prenons plusieurs précautions pour assurer le confort de l’enfant tout en minimisant les mouvements de la tête qui créent des artefacts importants sur les images IRM. L’enfant est couché sur un matelas mousse puis son corps et sa tête sont confortablement immobilisés avec des bandes de tissu qui laissent libres les bras et les jambes. De la musique ou de la parole sont diffusés dans les haut-parleurs du casque et un des parents reste dans le champ de vision de l’enfant pendant toute l’installation. Dans le tunnel, un miroir est placé au-dessus de l’enfant, ce qui lui permet de voir soit l’expérimentateur ou ses parents soit des stimuli visuels intéressants pour les bébés (visages, spirales, etc.. présentés sur un écran translucide placé à l’entrée du tunnel ou des jouets présentés par l’expérimentateur).
En dépit de nos efforts, beaucoup d’images contiennent encore des artefacts de mouvements plus souvent que dans les séries d’images obtenues chez les adultes. Dans le traitement des images, nous avons donc inclus une étape d’inspection visuelle des images, où les images les plus artefactées sont rejetées. Puis les images sont réalignées sur la meilleure image de la série. Les paramètres de mouvement sont incorporés comme régresseurs dans un modèle linéaire de la réponse BOLD approprié pour des séquences temporelles avec des données occasionnellement manquantes.
L’IRM (imagerie par résonance magnétique), contrairement à l’EEG et la MEG, a une excellente résolution spatiale. Utilisée à l’hôpital depuis les années 80, cette technique a permis de grandes avancées car elle permet de visualiser les tissus mous, et notamment le cerveau, ce que ne permettaient pas les rayons X, seule méthode disponible pendant très longtemps pour voir l’intérieur du corps.
L’IRM ne présente aucun danger connu, même pour le très jeune enfant, à condition que l’organisme ne contienne aucun morceau de métal (éclat métallique, matériel chirurgical) car il y a un aimant puissant dans la machine.
Avec l’IRM, nous obtenons deux types d’images: des images structurales et des images fonctionnelles. Les images structurales permettent de voir l’anatomie du cerveau et sont celles qui sont classiquement utilisées à l’hôpital pour détecter une tumeur ou un accident vasculaire cérébral. Elles permettent de suivre la croissance du cerveau: les modifications de taille, de gyrification et de maturation du cerveau. Avec des séquences spéciales, dites du tenseur de diffusion, on peut également obtenir des images des faisceaux de substance blanche qui relient les différentes régions cérébrales. On peut alors quantifier la taille de ces faisceaux et leur maturation. La maturation de ces faisceaux est associée à une accélération de la transmission de l’influx nerveux. Les images fonctionnelles permettent comme leur nom l’indique, de voir le cerveau fonctionner. Elles sont peu utilisées en clinique, car nous ne maitrisons toujours pas très bien la variabilité individuelle dans ces images pour qu’elles soient utiles à l’échelle de l’individu. Les images présentées dans les journaux sont des images obtenues au niveau d’un groupe d’individus.
Avant d’aller plus loin, vous pouvez regarder ce que nous faisons à Neurospin (imagerie cérébrale à NeuroSpin).
Grâce à l’IRMf, nous pouvons voir quelles sont les régions cérébrales actives pendant une tâche cognitive, par exemple quand nous lisons. En effet, l’hémoglobine, molécule présente dans les globules rouges, existe sous deux formes : oxyhémoglobine lorsqu’une molécule d’oxygène lui est attachée et déoxyhémoglobine après avoir libéré sa molécule d’oxygène. Ces deux états de l’hémoglobine ont des propriétés magnétiques différentes du fait du démasquage des ions ferriques Fe++ dans la déoxyhémoglobine. L’oxyhémoglobine est donc diamagnétique et invisible en IRM alors que la deoxyhémoglobine, paramagnétique, s’aimante facilement dans le champ magnétique de la machine et altère le champ magnétique du tissu local dans lequel se trouvent les vaisseaux.
L’activité neuronale consomme de l’oxygène, donc le taux de deoxy-hémoglobine augmente. Cette augmentation est très transitoire car en réponse à cette consommation d’oxygène, le système vasculaire augmente son débit et finit par apporter plus d’oxygène que la région en question n’en consomme. A cause de cette réponse vasculaire excessive, la déoxyhémoglobine se trouve donc diluée. Elle perturbe donc moins le champ magnétique local et le signal magnétique devient localement plus intense. L’ensemble de ces phénomènes se traduit sur les images par une remontée du signal magnétique dans la région qui travaille.
Comme la réponse vasculaire est relativement lente (quelques secondes alors que l’activité neuronale s’établit en quelques millisecondes), la remontée du signal magnétique demande environ 6 s pour atteindre son maximum. C’est pourquoi la sensibilité temporelle de l’IRMf est médiocre par rapport à l’électroencéphalographie et à la magnétoencéphalographie et on utilise des périodes de stimulation longues pour permettre à la réponse vasculaire de se mettre en place. On alterne donc généralement des périodes de stimulation et des périodes de repos, par exemple des alternances de 20s de parole suivies de 20s de silence. Pour mettre en évidence les régions actives, celles qui répondent à la parole dans cet exemple, on va rechercher grâce à des études de corrélation statistique, quelles sont les régions cérébrales dont le signal magnétique va augmenter pour atteindre un maximum environ 6 s après le début du stimulus puis décroître lentement lorsque la stimulation est arrêtée.
Les images d’IRMf sont donc des cartes de probabilité où sont colorées suivant une échelle de couleur les régions dont l’activité est le plus probablement corrélée avec la stimulation. Ces cartes sont superposées sur l’IRM anatomique du sujet lui-même acquise au cours de la même séance ce qui permet d’identifier parfaitement les régions cérébrales qui ont été impliquées chez cette personne dans la tâche cognitive étudiée.
Grâce à l’IRM de diffusion, il est possible de reconstituer les faisceaux de substance blanche qui transportent l’information d’une région à l’autre. Ces faisceaux sont déjà tous présents chez le nourrisson, même entre des régions qui ne sont pas encore matures.
L’imagerie de diffusion permet également de suivre la maturation de ces faisceaux pendant l’enfance. Cette maturation est associée à une accélération de la transmission de l’influx nerveux qui d’une part compense l’augmentation de taille de la tête, et d’autre part permet une accélération du traitement des informations du monde extérieur.
L’Imagerie par Résonance Magnétique ou IRM permet de prendre des sortes de « photos » de l’intérieur de ton corps
Grâce à ces images, les chercheurs peuvent comprendre comment nous lisons, comment nous calculons, comment nous parlons.
Passer un examen IRM ne fait pas mal car ce ne sont que des photos!!
Mais c’est un peu long et bruyant et il ne faut pas bouger.
L’appareil IRM fait des images de l’intérieur de ton corps grâce à un aimant très puissant et à des ondes radio qui traversent ton corps sans danger (comme celles du poste de radio à la maison).
Cet aimant permet de mesurer les propriétés magnétiques des tissus;
Comme le corps est très peu magnétique, on a besoin d’un aimant très puissant.
Les régions du cerveau qui travaillent ont besoin d’oxygène.
Comme le signal magnétique change en fonction de la quantité d’oxygène, on peut voir quelles sont les régions qui travaillent quand tu lis ou quand tu écoutes des phrases, comme sur l’image ci-contre.
N’importe qui peut passer une IRM, sauf s’il a du métal dans son corps car l’aimant pourrait déplacer la pièce métallique.
C’est à cause de cet aimant que tu dois enlever tous les objets métalliques que tu portes (montre, barrettes, etc..) avant de t’approcher de l’appareil.
IMPORTANT! Pendant toute la durée du bruit, ne bouge surtout pas sinon les images seront floues et il faudra recommencer.
Mais si tu as un problème, utilise la sonnette pour prévenir.
Textes et illustrations extraites de la fiche IRM de l’association SPARADRAP©
