Nouvelles approches d’IRM fonctionnelle de diffusion en ultra-haut champ magnétique

L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique essentielle pour explorer le cerveau. Elle permet non seulement d’obtenir des images anatomiques détaillées, mais aussi de visualiser les zones cérébrales en activité grâce à l’IRM fonctionnelle (IRMf). En recherche, elle permet d’étudier le fonctionnement cérébral dans diverses conditions, notamment les maladies neurologiques. La méthode la plus courante pour l’IRMf repose sur le signal BOLD (Blood Oxygen Level Dependent), qui mesure les variations du flux sanguin et du niveau d’oxygénation du sang comme un indicateur indirect de l’activité neuronale. Cependant, cette approche présente des limites : elle ne capte pas directement l’activité des neurones et sa résolution temporelle est relativement faible. D’autres techniques émergent, notamment l’IRMf de diffusion. Cette approche, encore peu comprise, pourrait refléter directement des processus cellulaires, comme les interactions entre neurones et astrocytes. L’objectif principal de notre projet est de mieux comprendre l’origine du signal IRMf de diffusion. Nous émettons l’hypothèse que ce signal pourrait refléter non seulement l’activité neuronale, mais aussi celle des astrocytes, des cellules jouant un rôle clé dans le fonctionnement cérébral. Pour tester cette hypothèse, nous mènerons des études sur des modèles animaux, en combinant IRMf de diffusion et interventions pharmacologiques permettant de distinguer les différentes contributions (neurones, astrocytes, vaisseaux sanguins) à ce signal. Pour atteindre cet objectif, nous devons également améliorer les techniques d’IRMf à haut champ magnétique, qui posent des défis techniques, en particulier sur les petits animaux, (artefacts liés aux variations de susceptibilité magnétique). Nous développons donc de nouvelles stratégies d’acquisition permettant d’optimiser la qualité des images en IRMf-BOLD et IRMf de diffusion. Ce travail permettra d’affiner l’interprétation des images fonctionnelles du cerveau et d’ouvrir de nouvelles perspectives pour la recherche et la clinique.

Notre projet ouvrira de nouvelles voies en neuro-imagerie. Pouvoir réaliser des études d’IRMf avec une haute résolution temporelle permettra une compréhension plus précise et plus profonde de l’organisation fonctionnelle du cerveau. Notamment, démontrer que les réponses astrocytaires peuvent être détectées à l’aide de l’IRM fonctionnelle de diffusion est en soi une avancée technique et peut avoir des implications importantes en en neurobiologie et en neuroscience. Dans le cerveau, les astrocytes ont des rôles très importants : ils fournissent aux neurones de l’énergie et un support fonctionnel. Cependant, les astrocytes ont une activité électrique modeste par rapport aux neurones, ce qui les rend très difficiles à surveiller, en particulier à l’aide de méthodes non invasives et in vivo. Si les réponses astrocytaires peuvent être détectées à l’aide de l’IRMf-D, cette technique peut être utilisée dans des études précliniques et cliniques pour étudier des altérations astrocytaires dans des conditions neurologiques spécifiques.

Les rats recevront un antidouleur ainsi qu’une anesthésie générale avant toute intervention. À très haut champ magnétique, les propriétés magnétiques de l’air créent des artefacts qui rendent certaines zones du cerveau impossibles à imager. Bien que ce phénomène existe également chez l’humain, il est beaucoup moins marqué en raison des champs magnétiques plus faibles utilisés en clinique. Pour éviter cet artefact et obtenir des images exploitables des régions cérébrales d’intérêt chez le rat, il est nécessaire d’injecter une substance dans le conduit auditif. Cette procédure dure environ 5 minutes et est effectuée une seule fois par animal. Un cathéter sera mis en place pour administrer en continu l’anesthésie générale ainsi que l’une des molécules dont nous étudions les effets sur les différentes méthodes d’acquisition IRMf. Cette procédure est effectuée par des personnes qualifiées qui effectuent ce geste en 2 minutes. Les animaux seront ensuite placés dans l’IRM pour une acquisition d’une durée de 2 à 3 heures. Une stimulation neuronale sera induite par une lumière. Le paradigme de stimulation visuelle consiste en 6 blocs alternant lumière allumée (6s), lumière éteinte (12s) pour une durée totale de 108 s. Pour chaque animal, le paradigme est répété 6 fois, soit un total de 10 minutes de stimulation. À l’issue de l’expérience, les rats seront euthanasiés afin d’éviter les effets secondaires persistants de la substance administrée dans l’oreille, qui ne peut être retirée.

L’insertion de la substance dans l’oreille et les poses de cathéter peuvent être douloureux si l’animal se réveille au cours de l’intervention (événement très rare). Une anesthésie prolongée présente un risque d’hypothermie.

Tous les rats seront euthanasiés après l’examen IRM pour pallier toute douleur et répercussion liée à l’insertion d’une substance dans l’oreille, acte qui altère tout le système auditif

Les fonctions et l’anatomie du cerveau des rongeurs sont bien documentées et largement étudiées dans le domaine scientifique. En particulier, le cerveau du rat présente des similitudes fonctionnelles avec celui de l’Homme, tout en offrant un modèle expérimental bien maîtrisé. Cela en fait un outil précieux pour obtenir des résultats robustes et interprétables dans le cadre des études précliniques. L’ensemble du projet sera réalisé sur des rats adultes . Nous utilisons des rats adultes afin de travailler sur un cerveau pleinement développé, dont les propriétés anatomiques et fonctionnelles sont stabilisées. Cela permet d’obtenir des résultats plus représentatifs et transposables aux études précliniques visant à mieux comprendre le fonctionnement du cerveau humain.