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