Imageries fonctionnelles cérébrales

Physiologie appliquée cours n 9 Le 10/12/08 à 17h30 Professeur : Yves TRAN DINH Ronéotypeurs : CELESTIN Thiery et AILLET Morgane Imageries fonctionnelles cérébrales 1

I/Introduction 1. Historique 2. Rappel anatomique (Bases physiologiques) 3. Rappel de l électrophysiologie 4. Rappel du métabolisme et de la circulation cérébrale II/Méthodes d étude des fonctions cérébrales (Méthodes anatomo-cliniques) 1. Méthodes électrophysiologiques A) Électroencéphalographie (EEG) B) Potentiel évoqués moteurs (PEM) C) Magnéto-encéphalographie (MEG) 2. Méthodes basées sur la circulation et le métabolisme cérébral A) PET-SCAN : méthodes utilisant des traceurs radioactifs. (Ex. : H 2 15 O) B) IRM-fonctionnelle : méthodes basées sur la résonance magnétique. C) IRM de diffusion : méthodes basées sur la résonance magnétique. III/Problèmes en imagerie fonctionnelle cérébrale A) Repérage des structures et variabilité anatomique B) Variabilité des sillons C) Normalisation et moyennage IV/Méthodologie en psychologie cognitive Notion de paradigme Méthode soustractive Exemple de paradigme célèbre en TEP Méthode de stimulus variable et tâche constante Méthode à stimulus constant 2

I/Introduction 1. Historique Jusqu au XVIII siècle, les connaissances en matière cérébrale se résumaient à la théorie du pneuma. On pensait que le système nerveux fonctionnait avec un fluide (le pneuma) qui passait par le cœur, les artères carotides et arrivait dans le réseau merveilleux (Rete Mirabile) à la base du cerveau (polygone de Willis actuel). Puis le pneuma était converti en «esprit animal», stocké dans les ventricules cérébraux et enfin allait dans les muscles par l intermédiaire des nerfs que l on croyait creux. D après Léonard de Vinci, il y avait trois ventricules reliés à l œil et aux organes de l audition par un canal. Pour Descartes, le pneuma pénétrait par les yeux et était transformé dans l épiphyse. Pendant le XIX ème siècle, la neuro-anatomie a beaucoup progressé mais il y avait une mauvaise interprétation : notamment au sujet des circonvolutions qu on prenait pour des processus entériques. Joseph François Gall a décrit des bosses au niveau du crâne auxquelles il a attribué des fonctions spécifiques qui représentaient une qualité : ex. bosse des math. C est en 1861 que Paul Broca a établit la relation entre une lésion cérébrale et une fonction : trouble du langage (due à l altération au niveau du pied de F3 du lobe frontal gauche). On l appellera désormais l aphasie motrice de Broca. Wernicke a décrit une autre lésion au niveau du lobe temporal qui signe l aphasie fluante : pas de paralysie mais des troubles de la compréhension et un jargon particulier. Au XX ème siècle, on a pu explorer le cerveau à plusieurs niveaux lors d interventions neurochirurgicales. On stimule certaines zones du cerveau et on regarde ce qu il se passe. On a aussi le test de Wada, lors des artériographies, on anesthésie une des carotides avec de l amytal. Par exemple, sur l hémisphère gauche, on aboutit à une aphasie globale chez les droitiers (latéralisation du cerveau). Cette injection permet de connaître l hémisphère dominant en vue de l épargner lors d une prochaine intervention. L hémisphère dominant est celui qui contient le langage, celui dont la lésion va déclencher une aphasie. Chez le droitier, c est l hémisphère gauche ; chez le gaucher ça dépend (droit ou droit et gauche). Heureusement, actuellement, il existe d autres méthodes pour étudier les fonctions cognitives de façon atraumatique comme la stimulation trans-crânienne (détaillée plus loin). 3

2. Rappel anatomique Aire de Broca Aire de Wernicke Voilà un hémisphère Gauche avec deux grands sillons, la scissure de Rolando (sillon central) et la scissure de Sylvius qui déterminent les différents lobes cérébraux. De part et d autre de la scissure de Rolando, on trouve des zones motrices primaires (en rouge) et zones sensitives primaires (en bleu). Au niveau de la scissure de Sylvius, on a la zone de réception auditive et la zone de réception primaire visuelle se trouve dans le lobe occipital. Ce qui est intéressant ce sont les aires de langage qui sont donc du côté gauche : _l aire de Broca au pied de F3 _l aire de Wernicke dans le lobe temporal extérieur. Bases physiologiques des explorations fonctionnelles et cérébrales Donc tout part de l utilité des neurones. Neurone=cellule polarisée excitable qui émet un potentiel d action qui devient un message nerveux électrique axonal. Arrivé au niveau de la synapse, se produit un potentiel post synaptique inhibiteur ou excitateur (PPSI/PPSE) que reçoivent des dendrites qui forment une couronne autour du corps cellulaire. Cette partie dendritique est polarisée en permanence puisqu elle reçoit 10 000 afférences d autres neurones : champ électrique autour du neurone. Pour l exploration fonctionnelle cérébrale, on se sert : _des méthodes électrophysiologiques qui enregistrent les différences de potentiels : électroencéphalographie ou magnéto-encéphalographie ; _le PET-Scan qui étudie les effets métaboliques en terme de consommation d oxygène et de glucose ; _des études hémodynamiques de l oxygénation sanguine, du débit sanguin cérébral grâce à l oxygène PET-Scan ou à l IRM fonctionnelle. 4

3. Rappel en électrophysiologie Le point de départ de chaque potentiel d action ce sont les petits potentiels locaux. Ici, on a une chaîne de neurones qui part de la périphérie et qui détermine une réponse motrice. On commence avec des potentiels locaux sur le récepteur sensitif. Si ces potentiels de récepteur atteignent un certain seuil, ils vont déterminer l apparition de potentiels d action sensitifs. Lorsque ceux-ci arrivent au niveau de la synapse, ils déterminent des potentiels locaux post synaptiques. Ils sont de faible intensité (qq mv) et d amplitude variable selon l intensité du stimulus. Ils peuvent être excitateurs (dépolarisent la membrane cellulaire) ou inhibiteurs (hyperpolarisant). Et si la somme de ses PPS est positive (sommation spatial et temporelle) au niveau dendritique du neurone efférent, apparaît un potentiel d action : loi du tout ou rien. Celui-ci a toujours une amplitude élevée mais stable (entre 70 et 110mV) grâce à une propagation active sans décrément. La fréquence de décharge des potentiels augmente avec l intensité du stimulus. Cette onde est toujours dépolarisante. Il peut ainsi parvenir jusqu au muscle par exemple. Et de même, au niveau de la jonction neuromusculaire, de petits potentiels de plaque conditionnent l apparition d un potentiel d action musculaire. 5

Au niveau de la synapse : L arrivée du potentiel d action axonal déclenche l ouverture de canaux calciques voltage dépendants. L entrée massive de calcium dans le bouton synaptique permet la fusion de vésicules synaptiques avec la membrane pré synaptique. On a alors libération par exocytose des neurotransmetteurs. Ceux-ci se fixent sur leurs récepteurs spécifiques sur la membrane post-synaptique et induisent l ouverture de canaux ioniques. On observe ainsi la modification du potentiel membranaire post synaptique qui sera : _Excitateur lors de l entrée dépolarisante de sodium (Na + ) _inhibiteurs lors de l entrée hyperpolarisante de Chlore (Cl - ). Le neurotransmetteur est ensuite inactivé par : _une dégradation enzymatique (ex : Acétylcholine estérase), _une endocytose au niveau de la membrane pré synaptique _une capture par les cellules gliales (puis diffusion dans le bouton synaptique). 4. Rappel du métabolisme et de la circulation cérébrale Le cerveau est un organe qui utilise essentiellement de l oxygène et du glucose : c est une voie énergétique qui produit 36ATP par le cycle de Krebs (si Anaérobie que 3ATP). Ces ATP servent au fonctionnement des canaux ioniques et des pompes. Le cerveau utilise 15% du débit cardiaque (Q cerveau = 15%Qc) et 20% de la consommation d oxygène. Il consomme 100mg/min de glucose. (Energie suffisante pour faire fonctionner une ampoule de 10Watts, c est très peu : c est pour ça qu on n est pas des lumières ) 6

Il existe un couplage entre le métabolisme et le débit sanguin cérébral (mise en évidence en 1890 par Roy et Sherrington) : Il a y une adaptation du calibre des vaisseaux selon l activité neuronale. Plus le fonctionnement neuronal est important, plus il y a de vasodilatation locale pour un meilleur apport de glucose et d oxygène. Les facteurs métaboliques qui régulent ce couplage sont essentiellement le CO 2 et le ph local. Les méthodes d imagerie cérébrale sont basées sur ce concept, notamment l IRM fonctionnelle et le PET-Scan. II/ Méthodes d études des fonctions cérébrales Les méthodes anatomo-cliniques datent du 17 ème siècle, on fait la relation entre une lésion cérébrale constatée et une fonction qui est perdue. Les séances de coupe de cerveau existent toujours mais c est plutôt à titre anecdotique. 1. Méthodes électrophysiologiques A) Électroencéphalographie (EEG) Cette technique date de plus de 70ans dont on se sert toujours. Cette méthode mesure la différence de potentiel entre deux endroits du cortex cérébral à partir d électrodes qui sont posées sur le crâne : on a donc des mesures superficielles. Les amplitudes étudiées sont relativement faibles : de 10 à 100 mv, de même pour la résolution temporelle qui est de l ordre de la milliseconde. C'est-à-dire qu on recueille quasi-instantanément les variations de l influx électrique juste sous les électrodes. Cependant, l EEG est assez fiable même si le signal est transformé par les tissus biologiques traversés. Sur la coupe de crâne, on observe qu en fait, les variations d électricité étudiées sont celles des cellules pyramidales : PPSE/PPSI essentiellement. Mais comme on recueille le signal formé par différentes couches de tissus (os, méninges, LCR) qui vont modifier cet influx électrique (PPS), on obtient des variations électriques de faible amplitude : ce n est donc pas le vrai signal généré au niveau des cellules pyramidales. 7

La personne porte un casque qui fonctionne avec un système digital et qui utilise des méthodes de stimulation pour étudier la réactivité du cerveau et notamment la sensibilité aux rayons lumineux par un stroboscope (qui déclenche parfois des crises d épilepsie). Ce qu on étudie surtout, ce sont des rythmes : _δ inf. à 4 _θ compris entre 5 et7 _α compris entre 8 et 12 : on le retrouve dans les régions postérieures au niveau des lobes occipitaux lorsqu on a les yeux fermés ; _β sup. à 12. : Dans les régions frontales les yeux fermés. On peut faire des imageries de cartographie à partir de séries d EEG. (Pas développer du tout par le prof) EEG Avantages et inconvénients _excellente résolution temporelle _faible résolution spatiale (Presque instantanée) (Plusieurs cm autour de l électrode) _non invasive _utile pour étudier les variations globales (Ex. : sommeil ) _peu coûteux (qq dizaines de milliers d ) _simple à mettre en œuvre B) Potentiel évoqués moteurs (PEM) = stimulation trans-corticale (ou trans-crânienne) Elle est relativement nouvelle. On utilise une sonde magnétique (bobine en 8) qui va provoquer une décharge magnétique de 2 teslas en regard de la zone que l on veut étudier ce qui dépolarise les neurones d une certaine région et provoque l inaction. Ainsi, on peut reproduire des mouvements ou des aphasies (en face des zones de Wernicke ou de Broca). Elle va toucher essentiellement le cortex (la superficie). On utilise des bobines en 8 pour concentrer la puissance au niveau du croisement du 8 Les potentiels évoqués moteurs (PEM) sont basés sur ce principe. 8

Grâce à cette méthode, on retrouve tout à fait le groupe de muscle de Penfield : zones motrices de l index, du biceps, de l avant bras et de la mâchoire. La stimulation magnétique trans-corticale est assez précise mais un peu artificielle puisque ces zones ne sont plus actives sur l imagerie IRM. C) Magnéto-encéphalographie (MEG) C est une technique très sophistiquée qui consiste à enregistrer des ondes magnétiques déterminées par l activité électrique des neurones corticaux. (Pour illustrer diap 57 et 59) Un courant est toujours associé à un champ électrique perpendiculaire à sa direction Les lignes de champs magnétiques ne sont pas déformées par le cerveau qui ne leur présente pas de résistance contrairement à l EEG. Le magnétomètre est constitué de petites bobines de fil métallique conducteur. Lorsqu il y a une variation électrique, cela va déterminer une variation magnétique qu on enregistre malgré sa faible intensité : de l'ordre du femto-tesla, soit 1milliard de fois plus faible que le champ magnétique terrestre! Il y a plusieurs contraintes techniques dues à ses composants : _les bobines doivent être refroidies à très basse température. On les place dans récipient isolé thermiquement (Dewar), rempli d hélium liquide qui les maintient à 4 degrés Kelvin. A cette température, le bobinage devient supraconducteur. _l'appareillage avec le sujet doit se trouver dans une chambre blindée pour être isolé de toute influence magnétique venant de l extérieur. Les échantillonnages sont très rapides de l ordre de la milliseconde. Ex 1 On a un examen cérébral, les tracés avec des pics correspondent à des variations magnétiques importantes donc à de fortes activités électriques neuronales. La zone gauche qui a le plus de pics sur ses tracés a été inactivée. 9

Ex2 Lorsqu on fait une stimulation visuelle, on a des variations magnétiques dans la région occipitale. On peut comparer aussi en rouge et en bleu des stimulations visuelles différentes. MEG Avantages et Inconvénients Excellente résolution temporelle (Aucun délai) Technique non invasive Simplicité de mise en œuvre Peut- être associée à l IRMf. Faible résolution spatiale (Qq cm entre magnétomètre mais meilleure que EEG) Technique onéreuse Contraintes techniques (Température basse et isolement) 2. Méthodes basées sur la circulation et le métabolisme cérébral A) Tomographie par émission de positons (PET-SCAN=TEP) On va marquer certaines substances avec des éléments radioactifs injectées à l intérieur du corps et qui vont aller dans la circulation sanguine puis dans le cerveau puis se fixer ou transiter. On se sert d une caméra spécifique : tomographe (statique ou rotative) pour recueillir les rayonnements émis. Ces radioéléments sont particuliers car ils sont produits artificiellement et émettent des positons (=électron positif=antimatière), qui s annihile réciproquement avec un électron pour donner deux photons γ partant dans des directions opposées avec une énergie de 511keV. Quand ils arrivent en même temps sur deux détecteurs opposés, les signaux sont validés par un circuit de coïncidence. Ces détecteurs sont constitués de cristal à scintillation couplé à des photomultiplicateurs et tournent à grande vitesse pour reconstruire le cerveau en 3D. Le PET-Scan réalise ainsi de véritables autoradiographies in vivo. 10

On peut avoir de faux signaux : deux détecteurs presque opposés sont activés en même temps ; C est dû au hasard, mais ils sont cause d erreur. Les principaux radio traceurs sont : _L oxygène 15 : 15 O sous la forme H 2 O, CO ou CO 2 (le plus facile); _le fluorodéoxyglucose : 18 FDG. Les radio traceurs sont des émetteurs β + donc de haute énergie (ce qui le permet de traverser le crâne et d être détecter par le tomographe contrairement aux particules α). Ils sont produits artificiellement par un cyclotron et liés à un traceur comme le glucose par des procédés radio pharmaceutiques. La demi-vie de ces radio traceurs est très courte (quelques minutes à quelques heures) : 50% du radionucléide produit a disparu par émission d'un positon au bout de 2 minutes pour 15 O, au bout de 2 heures pour 18 F. C est pourquoi ils doivent être utilisés très rapidement après leur production et introduits par injection IV (intraveineuse). Donc, ces techniques nécessitent d avoir au même endroit : une caméra à positons, du cyclotron, une unité de radio pharmaceutique ce qui explique qu il n y ait que certains centres qui puissent utiliser cette méthode. Mais il se démocratise. (La synthèse des molécules marquées n est pas intéressante d après le prof) Cet examen dure 20 à 40 minutes et ressemble pour le patient à l environnement du scanner ou de l IRM. On peut provoquer des stimulations visuelles avec un moniteur si besoin. Les images qu on obtient ici sont des images de débit sanguin cérébral : les zones rouges sont plus perfusées. On utilise les couleurs chaudes là où il y a le plus de perfusion sanguine (le prof nous rassure en disant : «ce ne sont pas les vraies couleurs du cerveau!») 11

On peut utiliser aussi des ligands : par ex., on fixe ces produits sur des structures dopaminergiques (en les couplant avec un agoniste dopaminergique). On a une diminution de la fixation sur les «striatomes» (=striations transversales) chez les sujets parkinsoniens, avant la greffe de cellules dopaminergiques. On peut avoir aussi des images corticales : activation visuelle ou verbale. On retrouve les zones fonctionnelles de Broca, Wernicke et le cortex visuel primaire. A partir de ces images (TEP) et de reconstruction 3D anatomiques (IRM morphologique), on peut voir quelles zones exactes sont activées. TEP Avantages et Inconvénients _Polyvalent/ versatile (nbrx marqueurs, nombreuses fonctions étudiées) _imagerie quantitative _Production de marqueurs cyclotron _ Invasif (injection) _ 1 / 2 vie réduite proximité du cyclotron _nbre limité d examens par patient. 12

L imagerie par résonance magnétique a été mise en œuvre par Lauterbur et Mansfield. Elle repose sur 3 grands principes : _Application d un champ magnétique intense (0,5 à 5 Tesla) qui va orienter les atomes d hydrogène ; _Modification de l aimantation par des ondes radiofréquences, ce qui permet de faire résonner les molécules d hydrogène ; _Application d un gradient de champ variable dans l espace, permettant l imagerie cérébrale. Lorsqu il n y a pas de magnétisation intense, l orientation des spins est tout à fait aléatoire. Pour l imagerie, on émet des radio fréquences et lorsqu on les arrête, on amorce une rotation de ces atomes d hydrogène qui émettent un signal, celui-ci est recueilli et transformé en image : c est la transformation de Fourier. (Absolument intéressant!! vive les pin-up) B) IRM fonctionnelle : méthodes basées sur la résonance magnétique. Elle est basée sur les propriétés paramagnétiques de la déoxyhémoglobine (déoxy-hb): effet BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent). Rappel : le sang transporte de l oxyhémoglobine (du dioxygène lié à l hémoglobine) qui va se désaturer aux niveaux des organes périphériques pour donner la déoxyhémoglobine. Or il y a un couplage, lorsqu une zone cérébrale est fonctionnelle, il va y avoir une vasodilatation locale qui va diminuer de façon relative la déoxyhémoglobine puisqu il y a un apport supplémentaire de sang. Les variations de la déoxyhémoglobine vont être différées de quelques secondes par rapport à l activité cérébrale locale : perceptibles 2 secondes après le signal. Par conséquent on dit que le signal BOLD est retardé par rapport à l activation neuronale réelle. La diminution du taux local en déoxyhémoglobine lors d'une activation, sur le versant veineux proche des zones activées, provoque une variation du signal IRM par rapport à une image acquise au repos. Au repos, sang veineux : 60% HbO2 et 40% déoxy-hb Activation : 63% HbO2 et 37% déoxy-hb 13

Résolution temporelle : Il y a d autres paramètres qui rentrent en jeu : _nombre de coupes que l on veut avoir ; _précision de l image (nombre de pixels) Plus on souhaite une grande précision, plus le temps d acquisition sera long. De même pour la résolution spatiale (le prof ne s est pas attardé sur ces 2 points). Alors après, on fait une reconstruction 3D : on va calquer les variations fonctionnelles (peu précise au niveau de la topographie) que l on observe sur une imagerie de morphologie (anatomique) faite au préalable. IRMf Avantages et Inconvénients _Atraumatique _Mesures répétées possibles chez le même sujet _Bonne résolution spatiale (Mesure l activité dans un voxel de ~1mm3) _Résolution temporelle peu importante (le signal BOLD signal apparaît environ 3-6secs après l activation) _Signal veineux (Manque de précision topographique) 14

C) IRM de diffusion (IRMd): méthodes basées sur la résonance magnétique. C est une méthode directe de diffusion basée sur le concept d anisotropie des mouvements de l eau. Quelque chose est isotrope quand elle ne dépend pas d une direction. Or les mouvements de l eau suivent les circuits nerveux : il y a une certaine direction. On utilise l IRMd lorsque l on veut étudier les accidents vasculaires cérébraux à la phase aiguë. On peut très bien voir les anomalies de perfusion très précocement. Au niveau de la zone lésée, il y a une perturbation de la circulation de l eau. On est rapidement certain de l AVC avec cette technique d imagerie, alors que sinon, pour le mettre en évidence, il faut plusieurs heures voire plusieurs jours avec un scanner. En fait ce qui est intéressant, c est l étude des faisceaux dans des petits volumes afin de tracer les faisceaux «tracking». Ensuite, il est possible, de proche en proche, en assemblant les différents cubes, de reconstruire l'image globale du réseau de fibres. On voit dans quel sens circule l eau donc les fibres nerveuses (le prof a réussi à retrouver le faisceau pyramidal dans la diapo) Intégration multimodale : Faire fusionner les informations provenant de différentes images : IRM, IRMf, TEP, EEG, MEG et les atlas anatomiques informatisés. 15

En résumé : Le + important : avoir une idée des caractéristiques temporelles et spatiales 16

III/Problèmes en imagerie fonctionnelle cérébrale A) Repérage des structures et variabilité anatomique Un des problèmes est le repérage des structures fonctionnelles puisque le cerveau est contenu dans des structures osseuses qui constituent une barrière à l imagerie. De plus, chacun a un cerveau dont la structure varie légèrement par rapport à un autre. Donc il faut pouvoir repérer les zones fonctionnelles. Autrefois, on se servait des repères externes (ex. coin de l œil et le méat de l oreille qu on alignait =ligne orbito-méatale) mais en vue d opération cérébrale, cette méthode restait imparfaite. Donc Talairach a choisi la ligne bicommissurale, elle rejoint la commissure blanche antérieure à la commissure blanche postérieure. Elle est valable chez tout le monde. On se base désormais dessus pour opérer les structures fonctionnelles. On se sert d un modèle qui horizontalise cette ligne puis on plaque dessus une grille qui permet de cartographier le cerveau de manière standardisée. Atlas de Talairach : Livre digitalisé Orientation standardisée CA-CP (commissure antérieure commissure postérieure) Normalisation de l image dans le repère de l atlas (on fait les perpendiculaires) Re-dimensionnement des cerveaux par logiciel (mise en place de la grille) Atlas statistique Probabilité en chaque pixel d appartenir à un tissu donné une structure donnée 17

B) Variabilité des sillons La variation des sillons corticaux et des gyri pose un autre problème, on ne repère pas toujours facilement la structure des scissures de Rolando ou de Sylvius suivant les cerveaux. Schéma des cerveaux composés de smarties : Ce qui est en rose (zones occipitales), c est ce qui varie le plus ; le bleu (lobe temporal) représente les zones les plus stables d un individu à l autre. Pour déterminer une certaine zone fonctionnelle, on utilise la méthode de déplissage du cerveau! On part de plusieurs cerveaux qu on déplisse, on les transforme en ballons de même dimensions, on réalise après un ballon moyen rassemblant les précédents (totalement virtuel) auquel on redonne la forme d un cerveau. 18

On représente le cerveau différemment : l IRM, l IRM superficiel avec différents sillons, l IRM de cerveau aplati, l IRM qui délimite bien la matière grise et la matière blanche. IV/Méthodologie en psychologie cognitive Notion de paradigme : (à connaître) = le protocole que l on utilise pour stimuler le cerveau. Tout dépend en fait de la méthode d imagerie que vous mettez en œuvre (variations dues aux contraintes techniques de chaque imagerie vues plus haut). On appelle paradigme la fonction modélisant le décours temporel attendu de la réponse cérébrale à une séquence expérimentale. Par extension, le terme paradigme désigne la séquence de stimulations et d actions à exécuter par le sujet. En général, le paradigme sert à comparer un état de base (neutre pendant lequel on ne pense à rien de spécial sans pensées parasites) à un état activé. On fait les protocoles par bloc : on répète plusieurs fois la même stimulation. Attention toutefois, avec les injections de produits radioactifs, il y a risque de toxicité et une décroissance de ces éléments radioactifs qui peut biaiser l enregistrement. Ex. : Avec la TEP on fait des blocs avec des pauses d au moins 12 minutes entre chaque ; avec l IRMf, on peut enchaîner les blocs. 19

Au bout d un certain temps, il y a moins d efficacité de la stimulation car le patient peut modifier sa stratégie de réponse : fatigue, anticipation, déconcentration Pour ne pas qu il y ait ces phénomènes d habituation, il faut effectuer les blocs de manière aléatoire. Les protocoles par blocs: répétition de la même tâche pendant une période de plusieurs secondes, voire plusieurs dizaines de secondes. S'il s'agit de stimulation passive, c'est le stimulus qui va être maintenu ou répété pendant cette période. Les protocoles en blocs font ainsi alterner plusieurs périodes de stimulations continues (passive ou non), de façon à pouvoir étudier le niveau d'activité cérébrale en fonction des conditions expérimentales. Tout dépend de l appareil utilisé Méthode soustractive : On compare le niveau basal au niveau activé. La méthode soustractive est le type d'analyse le plus simple: comparer les niveaux de signal entre deux états afin de mettre en évidence la localisation d'un processus cognitif particulier. Le processus cognitif d intérêt est isolé par la soustraction de deux tâches : une tâche de contrôle (condition basale ou «stimulation passive») et une tâche test qui est supposée se différencier de la tâche contrôle seulement la présence du processus cognitif que l'on souhaite étudier. ON soustrait l état neutre de l état d activation pour voir la différence= la zone qui s active. Ici zone occipitale essentiellement. On peut ensuite faire la somme pour une même stimulation des différences individuelles pour obtenir une réponse moyenne de l état activé pour une certaine tâche. Un processus cognitif n est jamais «pur». On ne peut empêcher une activité «automatique» du cerveau. 20

Exemple de paradigme célèbre en TEP : Il a été pratiqué par Petersen et Raichle (1988) afin de déterminer les aires cérébrales de traitement des mots isolés. Il est relativement complexe, hiérarchisé qui décompose la tâche cognitive : _Identification visuelle et auditive du mot (sensitive) ; _Production verbale du mot (motrice); _Manipulation mentale de la signification du mot. Il y a plusieurs étapes : _Fixer une croix au centre d un écran : état basal ; _Fixer passivement l écran sur lequel on présente des mots, ou écouter des mots par des écouteurs : perception des mots ; _Répéter les mots qui sont présentés de la même façon : phase motricité ; _ produire à voix haute un verbe lié sémantiquement au mot présenté (chien aboyer) : manipulation mentale. Il y a d autres méthodes de psychologie cognitive et imagerie par TEP ou IRMf, mais la principale est la méthode de soustraction. 21

Méthode de stimulus variable et tâche constante : A forme constante, on ne fait varier le tableau qu avec la couleur : on aura une activation des aires cérébrales impliquées dans la vision des couleurs. Méthode à stimulus constant : (Wisconsin card sorting test) Seule la tâche change, on a des cartes qui se différencient par leurs nombres, leurs couleurs ou leurs formes. Donc on met en évidence les zones du cerveau qui s active à la reconnaissance des nombres, des formes ou des couleurs. Fin. Dédicace : A Lara et les courageux qui ont choisi l option de physio. Bon courage et bonne année 2009 à tous. 22