Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle liée à l'événement - Event-related functional magnetic resonance imaging

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle liée à l'événement (efMRI) est une technique utilisée dans l'imagerie par résonance magnétique des patients médicaux.

EfMRI est utilisé pour détecter les changements dans la réponse hémodynamique BOLD ( Blood Oxygen Level Dependent ) à l' activité neuronale en réponse à certains événements.

La description

Dans la méthodologie de l' IRMf , il existe deux manières différentes qui sont généralement utilisées pour présenter les stimuli. Un procédé est une conception liée à un bloc, dans laquelle deux ou plusieurs conditions différentes sont alternées afin de déterminer les différences entre les deux conditions, ou un contrôle peut être inclus dans la présentation se produisant entre les deux conditions. En revanche, les conceptions liées aux événements ne sont pas présentées dans une séquence définie; la présentation est aléatoire et le temps entre les stimuli peut varier.

L'efMRI tente de modéliser le changement du signal IRMf en réponse à des événements neuronaux associés aux essais comportementaux. Selon D'Esposito, «l'IRMf liée aux événements a le potentiel de répondre à un certain nombre de questions de psychologie cognitive avec un degré de puissance inférentielle et statistique qui n'était pas disponible auparavant».

Chaque essai peut être composé d'un «événement» contrôlé expérimentalement (comme la présentation d'un mot ou d'une image) ou d'un «événement» médié par un participant (comme une réponse motrice). Dans chaque essai, il y a un certain nombre d'événements tels que la présentation d'un stimulus , la période de retard et la réponse. Si l'expérience est correctement configurée et que les différents événements sont correctement chronométrés, l'efMRI permet à une personne d'observer les différences d'activité neuronale associées à chaque événement.

L'histoire

La tomographie par émission de positrons (TEP) était la technique de cartographie cérébrale la plus fréquemment utilisée avant le développement de l'IRMf. Il existe un certain nombre d'avantages présentés par rapport au PET. Selon D'Esposito, ils incluent que l'IRMf «ne nécessite pas d'injection de radio - isotope dans les participants et est par ailleurs non invasive, a une meilleure résolution spatiale et une meilleure résolution temporelle».

Les premières études d'IRM ont utilisé l'utilisation de « traceurs paramagnétiques exogènes pour cartographier les modifications du volume sanguin cérébral », ce qui a permis d'évaluer l'activité cérébrale sur plusieurs minutes. Cela a changé avec deux progrès de l' IRM , la rapidité des techniques d'IRM a été augmentée à 1,5 Tesla à la fin des années 1980, ce qui a fourni une image en 2D . Ensuite, des mécanismes de contraste endogènes ont été découverts par Detre, Koretsky et ses collègues basés sur l' aimantation longitudinale nette dans un organe, et une «seconde basée sur les changements de la susceptibilité magnétique induits par la modification de la teneur en désoxyhémoglobine tissulaire nette », qui a été étiquetée BOLD contraste par Siege Ogawa.

Ces découvertes ont servi d'inspiration pour les futures avancées de la cartographie cérébrale . Cela a permis aux chercheurs de développer des types d'expériences plus complexes, allant au-delà de l'observation des effets de types uniques d'essais. Lorsque l'IRMf a été développée, l'une de ses principales limites était l'incapacité de randomiser les essais, mais l'IRMf liée à l'événement a résolu ce problème. La soustraction cognitive était également un problème, qui tentait de corréler les différences cognitivo-comportementales entre les tâches et l'activité cérébrale en associant deux tâches qui sont supposées correspondre parfaitement à chaque processus sensoriel, moteur et cognitif à l'exception de celui qui vous intéresse.

Ensuite, une poussée pour l'amélioration de la résolution temporelle des études IRMf a conduit au développement de conceptions liées aux événements, qui, selon Peterson, ont été héritées de la recherche ERP en électrophysiologie , mais il a été découvert que cette moyenne ne s'appliquait pas très bien à la réponse hémodynamique car la réponse des essais pourrait se chevaucher. En conséquence, une gigue aléatoire des événements a été appliquée, ce qui signifie que la répétition du temps a été variée et randomisée pour les essais afin de garantir que les signaux d'activation ne se chevauchent pas.

Réponse hémodynamique

Pour fonctionner, les neurones ont besoin d'énergie qui est fournie par le flux sanguin. Bien que cela ne soit pas complètement compris, la réponse hémodynamique a été corrélée avec l'activité neuronale, c'est-à-dire que lorsque le niveau d'activité augmente, la quantité de sang utilisée par les neurones augmente. Cette réponse prend plusieurs secondes pour se développer complètement. En conséquence, l'IRMf a une résolution temporelle limitée .

La réponse hémodynamique est à la base du contraste BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) en IRMf. La réponse hémodynamique se produit dans les secondes qui suivent les stimuli présentés, mais il est essentiel d'espacer les événements afin de s'assurer que la réponse mesurée provient de l'événement qui a été présenté et non d'un événement antérieur. La présentation des stimuli dans une séquence plus rapide permet aux expérimentateurs d'exécuter plus d'essais et de recueillir plus de données, mais cela est limité par la lenteur de la réponse hémodynamique, qui doit généralement être autorisée à revenir à la ligne de base avant la présentation d'un autre stimulus.

Selon Burock, «à mesure que le taux de présentation augmente dans la conception liée aux événements aléatoires, la variance du signal augmente, augmentant ainsi les informations transitoires et la capacité d'estimer la réponse hémodynamique sous-jacente».

EfMRI rapide liée aux événements

Dans une efMRI typique, après chaque essai, la réponse hémodynamique est autorisée à revenir à la ligne de base. Dans l'IRMf rapide liée aux événements, les essais sont randomisés et le FRH est déconvolu par la suite. Pour que cela soit possible, toutes les combinaisons possibles de séquences d'essai doivent être utilisées et les intervalles entre les essais doivent être instables de sorte que le temps entre les essais ne soit pas toujours le même.

Avantages de l'efMRI

  1. La capacité de randomiser et de mélanger différents types d'événements, ce qui garantit qu'un événement n'est pas influencé par d'autres et n'est pas affecté par l'état cognitif d'un individu, ne permet pas la prévisibilité des événements.
  2. Les événements peuvent être organisés en catégories après l'expérience en fonction du comportement des sujets
  3. L'occurrence des événements peut être définie par le sujet
  4. Parfois, la conception d'événement bloqué ne peut pas être appliquée à un événement.
  5. Traiter les stimuli, même bloqués, comme des événements séparés peut potentiellement aboutir à un modèle plus précis.
  6. Les événements rares peuvent être mesurés.

Chee soutient que les conceptions liées aux événements offrent un certain nombre d'avantages dans les tâches liées au langage, y compris la capacité de séparer les réponses correctes et incorrectes, et de montrer les variations dépendantes des tâches dans les profils de réponse temporels.

Inconvénients de l'efMRI

  1. Conception et analyse plus complexes.
  2. Besoin d'augmenter le nombre d'essais car le signal RM est petit.
  3. Certains événements sont mieux bloqués.
  4. Problèmes de synchronisation: échantillonnage (correction: gigue aléatoire, faisant varier le moment de la présentation des stimuli, permet de calculer une réponse hémodynamique moyenne à la fin).
  5. Les conceptions bloquées ont une puissance statistique plus élevée.
  6. Plus facile à identifier les artefacts résultant de fluctuations de signaux non physiologiques.,.

analyses statistiques

Dans les données IRMf, on suppose qu'il existe une relation linéaire entre la stimulation neurale et la réponse BOLD. L'utilisation de GLM permet le développement d'une moyenne pour représenter la réponse hémodynamique moyenne chez les participants.

La cartographie statistique paramétrique est utilisée pour produire une matrice de conception , qui comprend toutes les différentes formes de réponse produites pendant l'événement. Pour plus d'informations à ce sujet, voir Friston (1997).

Applications

  • Amorçage visuel et reconnaissance d'objets
  • Examiner les différences entre les parties d'une tâche
  • Changements au fil du temps
  • Recherche sur la mémoire - Mémoire de travail utilisant la soustraction cognitive
  • Tromperie - La vérité des mensonges
  • Perception du visage
  • Imitation Apprentissage
  • Inhibition
  • Réponses spécifiques au stimulus

Références

Sources

  • Buckner, M., Burock, M., Dale, A., Rosen, B., Woldorff, M. Les conceptions expérimentales liées aux événements aléatoires permettent des taux de présentation extrêmement rapides en utilisant l'IRM fonctionnelle. (1998) NeuroReport. 19. 3735-3739.
  • Buckner, R. IRMf liée à l'événement et la réponse hémodynamique. (1998). Cartographie du cerveau humain. 6. 373-377.
  • Buckner, R., Dale, A., Rosen, B. IRM fonctionnelle liée aux événements: passé, présent et futur. (1998). Proc. Natl. Acad. Sci. ETATS-UNIS. 95. 773-780.
  • Chee, M. Siong, S., Venkatraman, V., Westphal, C. Comparaison des conceptions d'IRMf en bloc et liées aux événements dans l'évaluation de l'effet de la fréquence des mots. (2003). Cartographie du cerveau humain. 18 . 186-193.
  • Dale, A., Friston, K., Henson, R., Josephs, O., Zarahn, E. Dessins stochastiques dans l'IRMf liée aux événements. (1999). NeuroImage. 10. 607-6-19.
  • D'Esposito, M., Zarahn, E. et Aguirre, GK (1999). IRM fonctionnelle liée à l'événement: implications pour la psychologie cognitive. Bulletin psychologique, 125 (1) . 155-164.
  • Dubis, J. Petersen, S. La conception liée au bloc / événement Mized. (2011). NeuroImage. doi 10.1016 / j.neuroimage.2011.09.084.
  • Friston, K., Josephs, O., Turner, R. IRMf liée aux événements. (1997). Cartographie du cerveau humain. 5. 243-248.
  • Henson, R. IRMf liée aux événements: introduction, modélisation statistique, optimisation de la conception et exemples. University College de Londres. Article présenté au 5e Congrès de la Cognitive Neuroscience Society of Japan .