TS SVT TP Neurologie / banque d'IRM anatomiques et fonctionnelles

Matériel :

IRM en ligne Animation permettant de réaliser des IRM virtuelles (non réelles) et ainsi d’explorer le fonctionnement du cerveau dans différentes situations (ex : sujet qui entend, regarde...). : https://www.pedagogie.ac-nice.fr/wp-content/uploads/sites/5/productions/IRMvirtuelle/

Logiciel Eduanatomist : http://acces.ens-lyon.fr/acces/ressources/neurosciences/Banquedonnees_logicielneuroimagerie/eduanatomist

- version en ligne : http://acces.ens-lyon.fr/logiciels/EduAnat2Online/

- fiches techniques pour le tpBAC : https://pedagogie.ac-toulouse.fr/svt/fiches-techniques

Première étape : visualisation d’images anatomiques seules.

Cette première étape permet de découvrir les principales fonctionnalités du logiciel en visualisant des images anatomiques. L’utilisateur pourra ainsi se familiariser avec les différents plans de coupe de l’encéphale et apprendre à identifier les principales structures cérébrales.

Lancer le logiciel - choisir une image anatomique en interrogeant la banque en ligne (ou depuis le poste local si l’intégralité de la banque a été téléchargée) - On peut alors se déplacer dans chaque plan de coupe à l'aide de curseurs, modifier la palette et le contraste de l’image en faisant varier les seuils inférieur et supérieur au niveau de l’interface. Repérez les principales structures cérébrales : hémisphères gauche / droit, cervelet, tronc, ventricules, substance blanche (dont le corps calleux), substance grise (dont le cortex cérébral et ses circonvolutions). On peut également localiser les lobes frontaux, occipitaux, pariétaux et temporaux. On peut facilement orienter les différents plans de coupe : axial, sagittal, coronal et orienter ces différents plans selon les axes antéro - postérieur, droite - gauche et occipito – frontal.

Deuxième étape : visualisation d’images fonctionnelles (sensibilité tactile)

Cette deuxième étape permet de visualiser des données de neuroimagerie fonctionnelle relatives à des stimulations sensorielles tactiles. La neuroimagerie fonctionnelle permet en effet de dégager les corrélats physiologiques cérébraux de fonctions psychophysiologiques (sensibilité, motricité, mémoire, langage….). L’acquisition des données de neuroimagerie fonctionnelle repose sur des mesures de débit sanguin cérébral (plus précisément sur des variations locales de débit sanguin et d’oxygénation cérébrale via l’évaluation de la concentration en oxyhémoglobine (signal BOLD en IRMf pour signal Blood Oxygen Level Dependant).

L’exploitation de ces données est inséparable de la compréhension des protocoles expérimentaux qui ont présidé à leur construction. Le protocole le plus simple consiste à acquérir une série d’images en condition ON (tâche sensorielle ou motrice par exemple) et une série en condition OFF (sans stimulation ou sans mouvement). A partir des images moyennes obtenues dans chaque condition, on construit alors une image de différence, cette image est appelée calque fonctionnel. Le calque fonctionnel est ensuite superposé à l’image anatomique correspondante pour une interprétation des régions cérébrales statistiquement actives.

Constat de départ : Certaines altérations localisées du système nerveux central (accidents vasculaires cérébraux, tumeurs cérébrales…) se traduisent par une perte ou une altération sélective de la sensibilité et / ou de la motricité. C’est par exemple le cas des hémiplégies (pertes de sensibilité et de motricité dans une moitié du corps).

Problèmatisation : Quelles sont les caractéristiques du traitement cérébral des informations sensorielles tactiles ?

On peut faire l'hypothèse d'après le constat d'un traitement cérébral des informations sensorielles tactiles par une région spécialisée de l’encéphale.

Conception d'un protocole expérimental : Protocole de construction d’un calque fonctionnel (image fonctionnelle) correspondant aux différences statistiques entre des acquisitions d’activité cérébrale en condition ON (stimulation tactile de la langue, du pouce droit, de l’index droit, de l’auriculaire droit, du pied droit, du coude droit) et en condition OFF (repos).

 Afficher des données expérimentales :

1) Supprimer toutes les images présentes

2) Ouvrir l’image anatomique en interrogeant la banque en ligne en parcourant la classification ou en entrant un mot-clé (somatotopie)  : « IRMsujet13121anat ». Lorsque l'image anatomique s'affiche, il est possible de choisir une palette (B-W LINEAR recommandé pour les images anatomique) et de faire varier son contraste en jouant sur les seuils inférieur et superieur de l'interface.

3) Ouvrir (voir étape 2) et Superposer (automatique) une image fonctionnelle correspondant au même sujet en parcourant la classification ou en entrant un mot-clé (somatotopie)  : « IRMsujet13121fonctionSomatotopieLangue »

4) L'image s'affiche. Choisir une Palette pour cette image et faire varier la sensibilité du Seuil de visualisation de l’image fonctionnelle

5) Ouvrir (voir étape 2) et Superposer (automatique) d'autres images fonctionnellescorrespondant au même sujet en interrogeant la banque en ligne, mot clé somatotopie (ou depuis le poste local si l’intégralité de la banque a été téléchargée) mais avec des stimulations différentes : « IRMsujet13121fonctionSomatotopieIndexdroit » Mais aussi : « IRMsujet13121fonctionSomatotopiePoucedroit », « IRMsujet13121fonctionSomatotopieAuriculairedroit », « IRMsujet13121fonctionSomatotopieCoudedroit », « IRMsujet13121fonctionSomatotopiePieddroit » 

Si l’on superpose différentes images fonctionnelles sur l’anatomie, il ne faut pas oublier de sélectionner une palette différente pour chacune d’entre elles de manière à les distinguer et faire varier la sensibilité de leurs Seuils de visualisation respectifs.

6) Exporter les données après traitement. Les données peuvent être exportées sous forme d’image (format JPG) ce qui permet de consigner les observations (avec orientation des différentes coupes selon les axes Antero /Postérieur, Droite / Gauche, Occipital / Frontal) centrées sur le lobe temporo-parietal gauche, en arrière su sillon central, présentant les zones d’activation des différents organes testés.

7) Exploiter les données expérimentales. La superposition des différentes images fonctionnelles correspondant aux différentes parties du corps sur l’image anatomique du même sujet permet de mettre en évidence certaines propriétés du traitement cortical des informations somesthésiques :

- activation corticale localisée (lobe temporo-pariétal gauche) au niveau d’une aire appelée cortex somesthésique primaire ;

- projection controlatérale (au niveau de l’hémisphère opposé, c'est-à-dire gauche à la partie du corps seléctionnée droite et vice versa) pour les différentes stimulations, sauf pour la langue. Ceci est à rapprocher des observations de cas d’hémiplégie ;

- organisation somatotopique du cortex somesthésique primaire : les différentes régions du corps y sont représentées de manière différente. Ceci est à rapprocher de l’analyse des Homonculus sensoriels tactiles.