Voir plus loin dans le cerveau humain
Comprendre le cerveau humain dans la santé et la maladie reste l’un des grands défis scientifiques du XXIe siècle, avec de profondes implications médicales, sociétales et économiques. L’imagerie par résonance magnétique (IRM) est devenue la pierre angulaire de cet effort, car elle permet de cartographier l’anatomie, la fonction et la connectivité du cerveau de manière non invasive. Cependant, pour détecter des détails plus fins, les chercheurs ont besoin de champs magnétiques plus puissants et de scanners plus sensibles que les systèmes de 1,5 tesla actuellement en service dans la plupart des hôpitaux. Cette ambition a mené à la création du scanner Iseult(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), un système d’IRM à ultra-haut champ développé en France pour fonctionner à 11,7 teslas et examiner le cerveau humain à une échelle sans précédent.
Lancement des études
Le projet AROMA(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, a rassemblé six partenaires de cinq pays, issus du monde universitaire et de l’industrie, pour aider à lancer des études sur le cerveau humain à l’aide du scanner IRM Iseult de 11,7 teslas. Des intensités de champ magnétique plus élevées génèrent des signaux plus forts, qui peuvent être échangés contre une résolution spatiale ou temporelle plus fine. «Le scanner IRM de 11,7 teslas est conçu pour agir comme un microscope non invasif, ouvrant une fenêtre unique sur la structure et le fonctionnement du cerveau», déclare Nicolas Boulant, coordinateur du projet. Les chercheurs ont pu acquérir des images anatomiques à des dimensions atteignant la méso-échelle de l’organisation cérébrale(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), ce qui permet de visualiser des caractéristiques anatomiques plus petites. Cette technologie améliore non seulement les détails, mais aussi la rapidité. Un balayage d’un peu plus de quatre minutes à 11,7 teslas nécessiterait des temps d’acquisition beaucoup plus longs à des intensités de champ plus faibles pour obtenir une qualité d’image comparable.
Relever les défis de l’ingénierie
Le fait d’opérer à une intensité de champ aussi extrême a créé des obstacles techniques considérables. Les bobines de radiofréquence devaient exciter efficacement les molécules d’eau et recevoir des signaux pour exploiter le potentiel du scanner. Les vibrations mécaniques et les interactions entre les composants menaçaient également la qualité de l’image. Le mouvement pendant le balayage a posé un autre problème, en particulier à très haute résolution. Pour y remédier, le consortium AROMA a mis au point des méthodes avancées de correction des mouvements(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) qui ont permis de considérablement relever les taux de réussite. Pour valider la faisabilité de l’imagerie humaine à 11,7 teslas, 20 volontaires ont été scannés, sans qu’aucun effet indésirable ne soit signalé.
De nouvelles voies en neurosciences
Ces outils étant désormais en place, le scanner commence à prendre en charge des études d’IRM fonctionnelle, y compris des expériences résolvant l’activité dans toute la profondeur du cortex cérébral. Il pourrait aider les chercheurs à comprendre comment les informations sont traitées dans les différentes couches corticales. «Les images générées sont une source d’inspiration pour la communauté des neurosciences et montrent que le monde à méso-échelle du cerveau humain est à notre portée», souligne Nicolas Boulant. Les applications potentielles comprennent également les troubles neurodégénératifs et psychiatriques tels que la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la sclérose en plaques, la schizophrénie et la dépression. Les chercheurs espèrent que cette sensibilité accrue permettra de révéler des changements biologiques subtils qui restent invisibles à des intensités de champ plus faibles. La plateforme devrait être ouverte aux utilisateurs externes, bien que des travaux supplémentaires soient encore nécessaires pour élargir le portefeuille de séquences d’IRM qui peuvent être déployées de manière sûre et efficace. «AROMA était un projet pionnier qui a surmonté de nombreux obstacles de la numérisation à 11,7 teslas. Le prochain défi consiste à convertir ce succès technique en découvertes cliniquement utiles», conclut Nicolas Boulant.