NEUROLOGIE ET PSYCHIATRIE
Les outils et méthodes de neuro-imagerie ont considérablement enrichi les connaissances sur le cerveau.
En effet, ils se révèlent particulièrement bien adaptés à l’étude non-traumatique de cet organe difficile d’accès. Ils permettent aussi de l’étudier sans interférer avec son fonctionnement.
Maladies neurologiques et neurodégénératives
Il est possible d’évaluer le retentissement de certaines affections neurologiques en mesurant la perfusion, le métabolisme du glucose ou l’intégrité des processus de neurotransmission. On peut, grâce à l'imagerie, caractériser le fonctionnement des neurones, en suivant l’activité de neurotransmetteurs ou leur capacité à réceptionner les messagers chimiques.
L’imagerie est exploitée dans le cadre des épilepsies pour lesquelles les médicaments n’ont que peu d’effets. Pour celles-ci, le traitement proposé peut être la résection chirurgicale. La TEP constitue un outil unique de bilan pré-opératoire : elle permet de localiser précisément la zone responsable des crises et d’assurer au chirurgien que l’opération ne provoquera pas de séquelle fonctionnelle handicapante.
DEFINITION
RÉSECTION : ablation d’une partie d’un organe en conservant les parties saines.
DEFINITION
COGNITIF : ensemble des processus cérébraux qui permettent la connaissance et la communication avec les autres.
Le cerveau humain se développe au moins jusqu’à 25 ans ! Et certaines de ses parties n’arrivent à maturité qu’entre 30 et 35 ans.
Equations complexes dans le cadre de travaux en physique théorique. © L. Godart/CEA
DEFINITIONS
MÉTASTASE : migration de cellules tumorales à distance du site initialement atteint, par voie sanguine ou lymphatique.
MÉLANOME : cancer de la peau ou des muqueuses.
LYMPHOME: cancer du système lymphatique.
Examen TEP. En oncologie, l'acquisition des images peut durer de 30 minutes, à plusieurs heures lorsque le corps entier est examiné, pour la recherche de métastases par exemple. © SHFJ/CEA
En France, en 2014, les maladies neurodégénératives touchaient plus d'un million de personnes (plus d’une sur 500 de plus de 50 ans). Ces pathologies, telles que la
maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson, la maladie de Huntington ou encore la sclérose en plaques ou la sclérose latérale amyotrophique sont chroniques, invalidantes et à évolution lente. Elles provoquent généralement une détérioration du fonctionnement des cellules nerveuses, en particulier les neurones, conduisant à la mort cellulaire (ou neurodégénérescence). Les troubles induits sont variés et peuvent être d'ordre comportemental, sensoriel et moteur. Les techniques d’imagerie permettent d’appréhender les altérations cérébrales et de suivre l’efficacité des thérapies (médicamenteuses ou lors d’essais cliniques de thérapie génique).
Psychiatrie
Les techniques d’imagerie ont contribué à démontrer l’atteinte fonctionnelle de certaines régions du cerveau dans l’autisme, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la prise en charge des patients qui en sont atteints. La combinaison d’examens TEP et IRM ont en effet mis en évidence des anomalies tant fonctionnelles que structurelles chez de très jeunes autistes, notamment au niveau du lobe temporal impliqué dans la cognition sociale et le langage.
La schizophrénie et les troubles bipolaires sont deux maladies chroniques de l'adulte, touchant chacune 1 % de la population de plus de 18 ans.
La schizophrénie se caractérise par des hallucinations et des délires, ainsi que des troubles cognitifs tels qu’une désorganisation de la pensée et du discours. Elle constitue un handicap majeur. Les patients atteints de trouble bipolaire, quant à eux, alternent des épisodes dépressifs graves et des épisodes dits maniaques au cours desquels ils manifestent une très grande excitation et une grande euphorie. Si les mécanismes de ces troubles restent mal connus, l’IRM et en particulier l'IRM de diffusion ont révélé une altération de la connectivité entre différentes aires du cerveau dans ces deux maladies.
La moitié des troubles mentaux débute à l’adolescence. A cet âge se produit un remodelage du cerveau et de ses connexions. Durant cette phase de développement cérébral intense, l’imagerie a mis en évidence des variations de la structure du cerveau liées à la vulnérabilité et aux premiers symptômes de troubles émotionnels et de comportements à risque (toxicomanie...).
SCIENCES COGNITIVES
L’imagerie fonctionnelle cérébrale permet d’étudier les processus cognitifs humains. Elle vise à relier les fonctions cognitives supérieures (perception des objets, apprentissage, attention, mémoire, raisonnement, action…) avec leur composante biologique que sont les neurones. La neuro-imagerie est utilisée chez des sujets sains et/ou des patients pour déterminer les bases du calcul, du langage, de la mémoire… et repose essentiellement sur l’utilisation des différentes modalités d’IRM.
Parmi les découvertes les plus marquantes :
- La plasticité cérébrale. Elle s’exprime par exemple lors des accidents vasculaires cérébraux (AVC) survenant autour de la naissance. Ceux-ci engendrent des séquelles d’ampleur variable. Un AVC aux premiers stades de la vie ne s'accompagne pas toujours de séquelles sur le contrôle moteur, seul un tiers des enfants aura une paralysie cérébrale unilatérale. L’imagerie a permis de montrer que la localisation et l’extension de la lésion est corrélée à l'existence d'un déficit moteur.
- L’IRM fonctionnelle et l’IRM de diffusion ont décelé des modifications macroscopiques de la morphologie cérébrale induites par l'apprentissage de la lecture. Par exemple les personnes alphabétisées, comparées à des personnes qui n’ont jamais appris à lire, présentent une meilleure organisation d’un faisceau de connexions de l’hémisphère gauche, vraisemblablement impliqué dans la transmission des informations visuelles aux aires du langage. Même les personnes alphabétisées à l’âge adulte présentent ce changement, ce qui montre que le cerveau reste plastique tout au long de la vie. Des mots présentés trop brièvement pour être perçus consciemment stimulent une fraction des aires cérébrales de lecture. Cette activation subliminale favorise une reconnaissance ultérieure plus rapide.
- On a pu montrer grâce à l’IRM fonctionnelle que le cerveau possède un réseau d’aires cérébrales impliqué dans les mathématiques de haut niveau comme dans les opérations arithmétiques les plus simples. Ce réseau s’active à la seule vue de nombres chez une population de haut niveau universitaire, experte ou non en mathématiques. Il est différent du réseau du langage.
- Enfin, les études cognitives basées sur l’imagerie cérébrale ont enrichi les connaissances sur le fonctionnement cérébral. Elles apportent des informations utiles à l’éducation et la mise en place d’apprentissages à l’école, en particulier adaptés aux troubles "dys" : dyslexie, dyspraxie, dyscalculie…
LES TROUBLES « DYS » VUS PAR L’IMAGERIE CÉRÉBRALE
La première étape consiste à comprendre comment un enfant ou un adulte lit, parle ou calcule. Puis à comparer les images des zones cérébrales et des réseaux de fibres nerveuses activés pendant ces tâches chez des sujets sains et des personnes dyslexiques ou dyscalculiques. Les observations ont montré que le cerveau compense ses déficits par l’utilisation de régions cérébrales supplémentaires. Dessiner les lettres en les prononçant et les visualisant favorise leur apprentissage. Des méthodes pédagogiques adaptées devraient permettre aux enfants dyslexiques de mettre en œuvre systématiquement cette stratégie pour compenser leurs difficultés. Dans les cas de dyscalculie, la recherche se mobilise pour développer des tests de diagnostic précoce et mettre au point de nouveaux outils de rééducation, qui seront évalués expérimentalement.
ONCOLOGIE
En médecine nucléaire, une des grandes applications de l’imagerie moléculaire est le bilan d’extension, le suivi thérapeutique et le bilan des récidives des cancers. La TEP est la technique d’imagerie de référence aujourd’hui en oncologie, elle permet d’étudier les différents métabolismes des glucides, des acides gras et des acides aminés. Sa bonne sensibilité permet de détecter des tumeurs de petite taille et l’exploration peut être menée sur le corps entier.
Toutefois, de par la nature moléculaire et fonctionnelle de la TEP, ces images contiennent très peu de repères anatomiques. Aussi, depuis les années 2000, des équipements multimodaux sont conçus, associant un scanner TEP avec une technique d'imagerie ayant une meilleure résolution spatiale comme les rayons X ou l'IRM.
La détection des foyers cancéreux, métastases incluses, exploite le fait que les tumeurs consomment beaucoup de glucose pour se développer. Ce qui explique que le radiopharmaceutique le plus utilisé pour localiser les foyers cancéreux soit le fluorodésoxyglucose (18F-FDG) un analogue du glucose marqué au fluor 18.
Une fois la tumeur détectée, les images TEP permettent de la suivre avant, pendant et après traitement, et donc de changer ou d’adapter celui-ci en fonction de son évolution. Les indications de ce radiotraceur concernent les cancers pulmonaires, les mélanomes, les cancers du tube digestif, de la zone ORL et du sein.
Chaque radiotraceur a ses spécificités et est donc plus ou moins adapté à des cancers particuliers. Ainsi, le gallium 67 est utilisé dans le cas de lymphomes et la 18F-Fluorocholine est spécifiquement choisie pour le bilan d’extension des cancers de la prostate (détection des métastases osseuses). Un examen TEP à la 18F-FDOPA permet le diagnostic et la localisation de tumeurs de certaines cellules pancréatiques en cas d’hyperinsulinisme chez le nourrisson et l’enfant, la détection de tumeurs endocrines de l’intestin grêle et digestives d’autre origine (pancréas, estomac, duodénum, côlon et rectum) et de tumeurs de la thyroïde.