intérêt de l’irm fonctionnelle en psychiatrie
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Intérêt de L’IRM fonctionnelle en Psychiatrie
Dr Dominique DrapierMCU-PHRennes
Importance du champs magnétique 1.5 T ?
• A peu près le même que
• ou 50 000 fois
Caractéristiques•Non-invasif
– Pas d’injection intraveineuse, pas de radiation (PET, SPECT)– Pas de casque, pas de gel (EEG)– Pas d’effet indésirable connu à l’exposition à un champs
magnétique
•Augmentation de la résolution spatiale et temporelle– EEG (ms) vs. IRMf (ms-sec) vs. PET (40-60 secs) – Spatial IRMf (mm en 3D) vs. PET (cm en 3D) vs EEG(2D)
•Ce qui signifie– Que l’on a une meilleure flexibilité donc une meilleure
adéquation avec les modèles neuropsychiatriques
Que mesure l’IRMf?• L’IRMF est une méthode de mesure
indirecte de l’activité cérébrale.
• Cela n’a pas de rapport avec l’activité électrique du cerveau.
• Cela mesure la réponse du système vasculaire à une demande d’énergie par des cellules cérébrales activées
IRM fonctionnelle
• Par BOLD : la plus classique, celle que l’on va décrire
• DTI (Diffusion Tensor Imaging): « Tracking »
• ASL (Arterial Spin Labelling)
L’effet BOLD• La plupart des expérimentations
utilisent le principe de cet effet ( Blood Oxygen Level Dependent Contrast ).
• C’est un petit (moins de 5%) changement dans la clarté des images en IRMf répondant à une augmentation relative et faible du niveau d’oxygène dans le système circulatoire dans la région du cerveau activé.
Point de vue physiologique
Activité neuronaleConsommation
locale d’ATP
CL O2
Métabolisme local énergétique
FSV
CL GluFSA
Le signal BOLD resulte de la combinaison complexe de ces
paramètres
(Apport de plus de HbO2-> moins de Hb sur le
versant veineux si l’excès d’O2 n’est pas utilisé)
CL O2
FS V
FSA Locale Hb
Locale Hb
Locale Hb (Extraction d’O2-> HbO2devient Hb)
(Plus d’Hb dans un voxel donné)
Ils changent le taux d’Hb ce qui affecte l’environnement magnétique
Différents effets sur la concentration HbO2
• La plupart des expériences sont complexes et font appel à plusieurs conditions actives
• Il faut cependant limiter le nombre de conditions actives pour ne pas compromettre les résultats.
– Condition active = ce que l’on mesure– Condition passive = tâche contrôle
Combien de conditions ?• Toutes les expériences en IRMF fonctionnent
sur un contraste entre deux conditions au moins.
• La difference entre ces conditions est le facteur que l’on veut tester.
Exemple : pour tester une réponse visuelle à une image donnée dans son ensemble, l’image de référence (baseline) devrait être un écran blanc et la condition active sera l’image.
Condition active
Condition contrôle
Condition active
Condition contrôle
Condition active – condition contrôle = EFFET
Série d’Ekman
Detection des changements dans l’effet BOLD
• C’est facile si l’effet est large (>1-2%) mais plus difficile en dessous.
• C’est parce-que les images IRMF sontbruyantes, i.e elles contiennent de nombreuses variations en intensité qui ne sont pas liées à l’activité cérébrale. Ceci peut être causé par le mouvement, les propriétés électroniques et magnétiques de l’IRM, les battements du coeur, la respiration etc...
The data
One slice100 images
One image4096 voxels
Voxels
64 voxels
64 v
oxel
s
3.75mm
3.75
mm
1 TR = 3s
t=1xTR=3s
t=100xTR=300s
Correction motrice des images
SANS AVEC
Re-alignement des images
3 translations + 3 rotations
Analyse seule
Correction motrice + analyse
Correction motrice + spin excitation history correction + analyse
Corrections paramétriques
Uniformisation du champs magnétique
Apr
ès
• Non-uniformité du champ magnétique• Interferences électroniques dues aux variations de
température dans le logiciel d’imagerie
time
IRMf : coupes anatomiques
Normalisation spatiale
2D
Analyse d’un sujet
Analyse d’un groupe de sujets
Analyse d’un groupe de sujets
Analyse individuelle
Analyse du groupe
ANCOVA
differences
similarités
Analyse individuelle
Analyse du groupe
Les marqueurs neurofonctionnels chez les
sujets bipolaires sont caractérisés par une hyper-
activation frontale en réponse à une tâche de mémoire de
travail
Rationnel• Des anomalies des fonctions cognitives
persistent chez les bipolaires en rémissions
• En particulier la mémoire de travail• Les sujets bipolaires ont de moins
bonnes performances que les contrôles sur ces tests
• Les différences s’accentuent au gré de l’augmentation de la difficulté de la tâche
Rationnel• Les troubles bipolaires ont une forte
héritabilité.• Les résultats sur les tâches cognitives
et l’hyperactivation frontale n’ont pas été comparés avec les résultats de leurs proches.
• Une anomalie commune entre les bipolaires et leur apparentés pourrait fournir un marqueur-trait de vulnérabilité du trouble.
Objectifs• Comparer les activations cérébrales pendant
la tâche N-Back entre BP, apparentés et témoins
• Pour monter:Différences entre les groupes dans l’activation neuronale, particulièrement quand la tâche devient plus difficileDifférences dans l’intensité de réponse lorsque la difficulté de la tâche augmente
Sujets• Vingt patients atteints de trouble
bipolaire selon les critères du DSM-IV.
• En état euthymique contrôlé par la Beck Depression Inventory et Altman Self-Rated Mania Scale
• Recevant un traitement standard de trouble bipolaire
Apparentés et contrôles
• Vingt apparentés du 1er degré et vingt contrôles.
• Ne recevant pas de traitement et sans antécédents psychiatriques
• Critères d’exclusion classiques
La tâche N-back
• Block-design paradigm.
• 3 conditions actives de mémoire et une tâche de référence contrôle.
• Chaque bloc de 30 sec consiste en 14 séries de lettre.
A G G Z JONE BACK
A F A L RTWO BACKS
A G S A JTHREE BACKS
A F A X RCONTROL
Analyse des données comportementales
• Pourcentages de bonnes réponses
• ANOVA trois groups x trois conditions
• Comparaisons post-hoc entre les groupes de sujets par tâche
Analyse des données IRMf• Cartes de groupes• Comparaison entre les groupes
– ANOVA trois groupes x trois conditions– Interactions deux groupes x trois
conditions– ANOVA comparant les groupes deux à deux
pour chaque condition• Extraction de la taille de l’effet des
cluster significatifs vers SPSS
RESULTATS
*p ≤ 0.05; Différence significative entre les patients bipolaires et les apparentés et les témoins pour les performances pour les tâches 2-back et 3-back.
3-back2-back1-back
100 %
50 %
Prob
rel
NC
group
Performances
*
*
*
*
*p < 0.005
¤
¤
- CortexPrefrontalventrolateral etdorsolateral D
- GyrusPostcingulaire G
- Subgyrus parietal
G
Pas de différence significative entre les groupes
GBAM: activations specifiques
ANOVA 3 groupes x 3 conditions
Differences entre les groupes dans le cortex orbitofrontal G
Activation du cortex préfrontal dorsolatéral gauche
Activation supérieure des apparentés par rapport aux contrôles pendant les tâches 1 and 2-back Coordonnées: x = -40/-29, y = 44/59,z = -7/15
*
*
*p < 0.005
3-back2-back1-back
100 %
50 %
Prob
rel
NC
group
Performances
*
*
*
*
*p < 0.005
¤
¤
Discussion
• Bp ont de moins bons résultats pour les tâches 2 et 3-back.
• Activations de groupe: Résultats classiques dans la mémoire de travail.
• Principale différence entre les groupes dans le Cortex orbitofrontal G
Discussion
• Augmentation linéaire de l’activation des contrôles de 1 back à 3 back
• Tandis que les BP et apparentés n’ont pas une augmentation linéaire de leur activation
Discussion• Une propriété classique des réseaux de la mémoire est
qu’ils sont « load-responsive »
• Notre étude montre qu’il existe une limite dans les capacités d’activation pour faire la tâche correctement quand celle-ci devient difficile.
• Il existe une graduation des possibilités d’activation entre les patients, leurs apparentés et les contrôles.
• Il se peut que cette limite soit un marqueur endophénotypique de la maladie
Intérêt de L’IRM fonctionnelle en Psychiatrie
Dr Dominique DrapierMCU-PHRennes