Les scanners hybrides IRMf-TEP pour percer les mystères du vieillissement du cerveau
L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle reflète l’augmentation de l’apport en sang dans les régions actives du cerveau, fournissant l’oxygène et les nutriments nécessaires aux neurones. La comparaison au fil du temps des signaux IRMf de personnes de groupes d’âge différents ou de ces mêmes personnes permet de gagner une meilleure compréhension de l’architecture et du fonctionnement du cerveau humain. Cette démarche a mis en lumière les changements normaux et pathologiques liés à l’âge à l’œuvre dans le cerveau ainsi que les différences entre individus, contribuant ainsi à la détection et à la caractérisation des troubles neurodégénératifs, tels que la maladie d’Alzheimer. «Certaines caractéristiques fréquentes détectées par IRMf, notamment la désactivation de certaines régions du cerveau pendant le contrôle cognitif et l’activation accrue des zones préfrontales au cours du vieillissement, ont toutefois donné lieu à des questions d’interprétation», fait remarquer Anna Rieckmann, coordinatrice du projet SIMULTAN, financé par le Conseil européen de la recherche. SIMULTAN a utilisé la tomographie par émission de positons pour compléter les signaux IRMf, car cette méthode est capable de détecter des signaux supplémentaires en lien avec les changements liés à l’âge. «Nous avons montré que les scanners hybrides IRMf-TEP permettent de visualiser simultanément des aspects complémentaires de la fonction cérébrale», déclare Anna Rieckmann.
L’offre et la demande dans le cerveau vieillissant
Lorsque les neurones sont actifs, ils ont besoin d’une plus grande quantité d’oxygène et de nutriments (demande métabolique), ce qui entraîne la dilatation des vaisseaux sanguins de cette région et, partant, augmente le débit sanguin et l’apport en oxygène (contributions hémodynamiques). Cette réaction génère un surplus d’hémoglobine oxygénée dans la région concernée, visible par imagerie IRMf. L’ennui, c’est que les nombreux processus qui associent l’activation des neurones à l’augmentation des signaux IRMf sont complexes et ne sont pas pleinement compris. «Par exemple: Les différences entre les signaux IRMf des adultes âgés et ceux des adultes plus jeunes reflètent-elles des différences en termes d’activité neuronale ou de débit sanguin et d’apport en oxygène des systèmes vasculaires plus âgés», s’interroge Anna Rieckmann.
Le meilleur des deux mondes
Afin d’identifier les changements type au niveau de l’activation du cerveau, SIMULTAN a scanné le cerveau de 30 jeunes adultes (20-30 ans) et de 40 personnes âgées (65+) au moyen d’un scanner hybride IRMf-TEP, pendant que ceux-ci exécutaient une tâche de mémoire. La TEP est une méthode d’imagerie moléculaire qui surveille le métabolisme du glucose dans le cerveau, déclenché essentiellement par l’activité synaptique et non affecté par des changements de débit sanguin. L’équipe s’est tout particulièrement intéressée aux signaux IRMf provenant des régions cérébrales susceptibles de compenser le vieillissement du cerveau, alors que les signaux TEP reflétaient la demande métabolique dans ces régions. L’augmentation des signaux IRMf chez les adultes plus âgés n’a pas été jugée comme étant associée à une demande métabolique plus forte, ce qui laisse entendre que les différences au niveau de l’activité IRMf ne sont pas le fruit d’une plus grande sollicitation des neurones, mais sont plutôt dues au vieillissement du système vasculaire. En outre, lorsque les adultes plus âgés exécutaient une tâche avec autant d’efficacité que les adultes plus jeunes, leurs exigences métaboliques neuronales étaient également égales à celles de ces derniers. «Le maintien de la cognition à un âge avancé est sans doute le reflet de la santé du cerveau plutôt que d’une compensation par d’autres régions cérébrales», fait remarquer Anna Rieckmann.
Une santé cérébrale à plus long terme
On suppose souvent que le vieillissement entraîne inéluctablement un déclin cognitif. Or, nombre d’adultes plus âgés maintiennent une bonne santé cognitive, SIMULTAN ayant découvert que des personnes de 75 ans étaient encore capables d’exécuter des tâches cognitives comme des adultes de 40 ans. Si nous parvenions à identifier les facteurs qui maintiennent le bien-être cognitif, nous pourrons alors déterminer des interventions ciblées. «Il est difficile d’identifier, uniquement à l’aide de l’IRMf, des cibles d’intervention, dans la mesure où les signaux ne sont pas spécifiques à un neurotransmetteur, à une voie ou à une protéine, et bien que la PET permet de détecter cette spécificité, cette méthode n’est pas la mieux indiquée pour décrire la fonction cérébrale globale. En revanche, l’imagerie combinée pourrait déboucher sur des interventions qui retardent les maladies neurologiques», conclut Anna Rieckmann. L’approche de SIMULTAN sera maintenant appliquée aux situations de fonctions cérébrales altérées à la suite d’un exercice physique, afin de déterminer si les signaux IRMf modifiés reflètent les effets de l’entraînement sur le débit sanguin ou l’activation des neurones.
Mots‑clés
SIMULTAN, imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, IRMf, TEP, tomographie par émission de positons, scanner, vieillissement, cerveau, Alzheimer, neurodégénérative, métabolique
