​L’imagerie par résonance magnétique nucléaire (IRM) est une technologie d’analyse du cerveau reposant sur l’utilisation des propriétés magnétiques des atomes d’hydrogène présents dans les molécules d’eau du sang. L’IRM fonctionnelle permet de détecter l’activité des régions cérébrales associées à des stimulations sensorimotrices ou cognitives comme la parole ou la lecture, qui se traduisent par une augmentation locale du débit sanguin dans les régions activées et de la teneur en oxygène du sang. Cette approche, appelée BOLD¹ , a toutefois des limites : la détection des régions activées reste indirecte et tributaire d’un couplage neurovasculaire dont les mécanismes ne sont pas encore complètement élucidés et qui peut être altéré ou faire défaut dans certaines situations (présence de certains médicaments, de pathologies, anesthésie, etc.).

L’IRM de diffusion permet, elle, d’obtenir des images dont le contraste dépend du coefficient de diffusion de l’eau. La diffusion de l’eau étant entravée par les éléments constituant le tissu cérébral, toute modification dans l’organisation de ces tissus se traduit par une altération de la diffusion de l’eau, visible en IRM de diffusion. Or, une série d’expériences menées chez le rat par IRM à 7 teslas dans différentes conditions de stimulations neuronales montrent que le ralentissement de la diffusion de l’eau dans le cortex n’est pas d’origine vasculaire, mais directement d’origine neuronale. Après administration de nitroprusside, un médicament qui supprime le couplage neurovasculaire, la réponse diffusionnelle visible en IRM de diffusion persiste, alors que la réponse IRMf BOLD disparait. De plus, la modulation de la diffusion de l’eau dans le cortex activé suit beaucoup plus fidèlement et précisément dans le temps l’activité électrique enregistrée dans ce cortex que la réponse IRMf BOLD. Ce ralentissement diffusionnel traduit des changements dynamiques dans la structure du cortex cérébral activé, comme un gonflement d’éléments cellulaires, relevant d’un nouveau mécanisme de couplage qualifié par les auteurs de neuromécanique, associant la forme cellulaire à son état fonctionnel.

1. Blood Oxygenation Level Dependant