Découvrez les différences entre l’EEG, l’IRM et l’IRMf, trois techniques d’imagerie cérébrale essentielles. Apprenez comment chacune de ces méthodes fonctionne, découvrez leurs avantages spécifiques et leurs applications dans la recherche en neurosciences.
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Il existe de nombreuses façons d’aborder la compréhension de la pensée et du comportement humains, mais pour vraiment comprendre le fonctionnement du cerveau, il faut l’observer de l’intérieur. Cela n’est pas aussi effrayant que cela puisse paraître, car de nombreuses techniques d’imagerie cérébrale sont aujourd’hui totalement non invasives.
Nous allons passer en revue ci-dessous les techniques d’imagerie cérébrale les plus courantes – l’EEG et l’IRMf – afin d’examiner leur fonctionnement et de les comparer, en analysant les avantages et les inconvénients de chacune. La lecture de cet article permettra aux lecteurs de mieux comprendre l’EEG, l’IRM et l’IRMf, ainsi que la manière dont ces techniques peuvent être utilisées pour approfondir notre compréhension du cerveau et du comportement.
Qu’est-ce que l’EEG ?
L’EEG (électroencéphalographie) mesure l’activité électrique de notre cerveau à l’aide d’électrodes placées sur le cuir chevelu. Il permet de déterminer, à partir des mesures effectuées en surface, le niveau d’activité du cerveau.
Cela peut permettre de déterminer rapidement comment l’activité cérébrale évolue en réponse à des stimuli, mais aussi de mesurer une activité anormale, comme dans le cas de l’épilepsie [1].
Comment fonctionne l’EEG ?
Le cerveau est un système électrique : toutes nos pensées (conscientes ou non) sont générées par un réseau de neurones qui s’échangent des signaux à l’aide de courants électriques. Plus il y a de signaux électriques, plus la communication neuronale est intense, ce qui correspond à une activité cérébrale plus importante.
Les électrodes d’un casque EEG ne permettent pas de détecter les variations au niveau de neurones individuels, mais détectent plutôt les variations électriques de milliers de neurones qui émettent des signaux simultanément.
Le signal provenant des électrodes est ensuite transmis à un amplificateur qui, comme on peut s’y attendre, amplifie ce signal. Un ordinateur reçoit ensuite ce signal et peut générer diverses cartes de l’activité cérébrale, avec une résolution temporelle élevée.
L’un des inconvénients de l’EEG réside dans sa résolution spatiale : comme les électrodes mesurent l’activité électrique à la surface du cerveau, il est difficile de savoir si le signal provient de la surface (du cortex) ou d’une région plus profonde.
Il existe des méthodes de calcul permettant de tenter de contourner cette limitation (par exemple [2]), mais cela reste un défi pour la recherche en EEG.
À découvrir : Qu’est-ce que l’EEG et comment fonctionne-t-il ?
Qu’est-ce que l’IRM ?
L’IRM (imagerie par résonance magnétique) permet d’obtenir une image du cerveau, tel qu’il se présente à un moment donné.
Ces informations structurelles peuvent être utiles pour comparer la taille de certaines zones cérébrales d’une personne à l’autre, ou pour détecter une anomalie dans un cerveau donné (une tumeur, par exemple).
Comment fonctionne l’IRM ?
L’IRM est une technique d’imagerie complexe, mais nous allons essayer de vous en donner ici un aperçu.
Comme leur nom l’indique, les aimants jouent un rôle central dans l’imagerie par résonance magnétique, mais ils sont bien plus puissants : environ 1 000 à 3 000 fois plus puissants qu’un aimant de réfrigérateur classique.
Le champ magnétique de l’IRM interagit avec les protons présents dans nos atomes d’hydrogène [3] (c’est bien sûr très pratique que nous soyons composés à 70 % d’eau : cela laisse au magnétisme de nombreux atomes d’hydrogène sur lesquels agir).
En général, ces protons sont orientés dans toutes les directions, mais le champ magnétique en fait s’aligner une grande partie dans la même direction. Ainsi, lorsque nous sommes allongés dans l’appareil d’IRM, les protons des atomes d’hydrogène (qui se trouvent dans l’eau de notre corps) sont pour la plupart orientés dans la même direction. Ouf.
À l’étape suivante, une impulsion radio est émise (tout comme un signal radio classique, mais beaucoup plus rapide). Celle-ci interagit également avec les protons, les faisant essentiellement dévier sur le côté. Cependant, comme l’impulsion radio ne dure qu’un instant, les protons reviennent à leur état d’alignement initial.
C’est là le point essentiel : à mesure que les protons se stabilisent, de l’énergie est libérée, qui peut être détectée par les capteurs de l’appareil d’IRM. Grâce à certains calculs (qui dépassent le cadre de cet article, mais voir ici : [4]), l’ordinateur peut déterminer l’aspect du tissu en fonction de cette énergie libérée, et nous en montrer une image.
Bien sûr, l’IRM ne nous donne qu’une image statique du cerveau : une image anatomique, et non une représentation de l’activité réelle du cerveau. Comment alors obtenir une image de cette activité cérébrale ? C’est là qu’intervient l’IRMf.
Et l’IRMf ?
Si je veux bouger mon bras droit, plusieurs choses doivent se produire. Une certaine partie de mon cerveau va intensifier son activité pour envoyer le signal nécessaire à cette action, et cette zone du cerveau recevra un tout petit peu plus de sang riche en oxygène.
En IRMf, le principe est le même qu’en IRM – on mesure l’énergie émise lors de la relaxation des protons –, mais les calculs visent ici à déterminer comment évolue le débit sanguin oxygéné.
Si une partie du cerveau présente une concentration en sang oxygéné plus élevée que les autres, il y a de fortes chances que cette zone cérébrale soit plus active [5]. Ce phénomène est connu sous le nom de réponse dépendante du niveau d’oxygénation du sang (ou BOLD).
Ce sont les données que l’on observe grâce à l’IRMf, souvent superposées à une image IRM.
L’un des inconvénients de l’IRMf réside dans sa résolution temporelle. Étant donné qu’il faut plusieurs secondes pour que le débit sanguin change et que l’enregistrement proprement dit est limité par des contraintes informatiques, la collecte des données s’en trouve ralentie.
Cela signifie souvent que les participants sont exposés à un stimulus à plusieurs reprises, et que différents moments de leur réponse cérébrale sont enregistrés à chaque fois (par exemple, la réponse est enregistrée au début du stimulus la première fois, 10 ms après le début du stimulus la deuxième fois, et ainsi de suite) [6].
Cela peut bien sûr nuire à la précision de l’enregistrement d’une réponse nouvelle, mais permet d’obtenir un éventail complet de réponses cérébrales.
Comment se comparent-ils les uns aux autres ?
Comme nous l’avons vu plus haut, il existe plusieurs différences dans la manière dont chaque technologie fournit les informations issues de l’imagerie cérébrale.
Il y a également d’autres éléments à prendre en compte : le coût d’un appareil d’IRM est nettement plus élevé que celui d’un EEG (tant à l’achat qu’en termes d’entretien), et la formation requise est bien plus poussée.
Il n’est pas non plus envisageable de mener des travaux sur le terrain avec l’IRM ou l’IRMf, car il est impossible de rendre un tel appareil véritablement portable.
La mise en place d’une expérience avec l’EEG peut également se faire sans trop de difficultés : il suffit parfois d’enfiler un casque et de vérifier la qualité des données. Les indicateurs calculés automatiquement permettent également d’obtenir rapidement des informations sur le comportement humain grâce à l’EEG.
Si s’installer dans un appareil d’IRM est relativement simple, choisir l’impulsion radio à émettre ou analyser les données est une tâche qui exige un haut niveau de connaissances et d’expertise.
Nous avons répertorié les avantages et les inconvénients de chacune d’entre elles dans le tableau ci-dessous.
Lequel choisir ?
Comme toujours, cela dépend de votre question de recherche. Si vous vous intéressez davantage aux détails structurels et fonctionnels, l’IRM ou l’IRMf pourraient bien être la solution qu’il vous faut, à condition que vous soyez en mesure de réaliser l’investissement considérable que cela implique.
Pour obtenir des informations rapides, abordables et accessibles sur le fonctionnement du cerveau, avec une résolution temporelle précise, l’EEG est la méthode de choix.
Si vous avez besoin de conseils pour choisir la méthode la mieux adaptée à votre recherche, n’hésitez pas à contacter notre équipe.
J’espère que cette présentation et cette comparaison entre l’IRM, l’IRMf et l’EEG vous ont été utiles. Si vous souhaitez approfondir vos connaissances sur l’EEG, téléchargez notre guide gratuit ci-dessous !
Références
[1] Noachtar, S., & Rémi, J. (2009). Le rôle de l’EEG dans l’épilepsie : une revue critique. Epilepsy & Behavior, 15(1), 22-33. doi: 10.1016/j.yebeh.2009.02.035
[2] Oja, E., Harmeling, S., & Almeida, L. (2004). Analyse en composantes indépendantes et au-delà. Signal Processing, 84(2), 215-216. doi: 10.1016/j.sigpro.2003.11.005
[3] Mills, A., Sakai, O., Anderson, S., & Jara, H. (2017). Principes de l’imagerie par résonance magnétique quantitative avec revue illustrée des schémas d’impulsions modulaires applicables. Radiographics, 37(7), 2083-2105. doi: 10.1148/rg.2017160099
[4] Jung, B., & Weigel, M. (2013). Imagerie par résonance magnétique à écho de spin. Journal of Magnetic Resonance Imaging, 37(4), 805-817. doi: 10.1002/jmri.24068
[5] Hillman, E. (2014). Mécanisme de couplage et signification du signal BOLD : rapport d’étape. Annual Review Of Neuroscience, 37(1), 161-181. doi: 10.1146/annurev-neuro-071013-014111
[6] Hennig, J., Speck, O., Koch, M., & Weiller, C. (2003). Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle : revue des aspects méthodologiques et des applications cliniques. Journal of Magnetic Resonance Imaging, 18(1), 1-15. doi: 10.1002/jmri.10330