Les techniques de recherche en neurosciences

Comment connaissons-nous le fonctionnement de notre système nerveux ? Il existe différentes manières d'explorer notre cerveau. Nous parlerons ici des instruments les plus importants qui nous aident dans cette tâche.

Rédigé et vérifié par Psychologue Francisco Roballo.

Dernière mise à jour : 04 janvier, 2023

Les techniques de recherche en neurosciences sont très importantes, notamment si nous prenons en compte les attentes futures inhérentes cette science. Jusqu’à il n’y a pas si longtemps, lorsque les techniques de neuro-imagerie n’étaient qu’un rêve, vérifier la réalité de certaines théories sur le système nerveux était compliqué voir impossible.

En 1988, le médecin espagnol Santiago Ramón y Cajal décrivit la morphologie des neurones à travers un système de coloration complexe. D ivers jalons ont depuis été franchis en neurobiologie, comme la découverte de l’électroencéphalogramme (EEG) ou la classification des rythmes biologiques du cerveau.

Qu’est-ce qu’un outil de recherche en neurosciences ?

Les outils de recherche en neurosciences sont des dispositifs qui nous permettent d’étudier le système nerveux. L es  techniques dites de neuro-imagerie  s’util is ent tant à des fins cliniques qu’ académiques. De sorte que ces outils permettent d’aborder le système nerveux à partir de quatre approches :

• Fonctionnelle : ils décrivent le fonctionnement du système nerveux, par exemple, à travers les flux ou le degré d’activation de différentes zones.
• Structurelle : ils fournissent des informations anatomiques sur le cerveau ou d’autres structures du système nerveux.
• Électrique : il s’agit de techniques qui renseignent sur l’activité électrique du système nerveux.
• Stimulation : il s’agit d’outils qui se basent sur la stimulation non invasive du cerveau.

Techniques de neuro-imagerie structurelle

Parmi les techniques structurelles spécialisées dans l’obtention d’informations anatomiques, la plus basique et la plus utilisée est la radiographie. Cette technique consiste en l’émission de rayons X. Selon la densité du tissu, une image différente est projetée sur la plaque photographique. Il existe en outre deux types de radiographies :

• Radiographie commune. Seuls les rayons X s’utilisent. Cette technique s’utilise généralement pour obtenir des informations sur les os qui entourent le système nerveux, en cas de fractures.
• Radiographie de contraste. Elle s’utilise avec la même méthode de rayons X, mais en entrant par un cathéter à travers l’artère fémorale. Ce contraste hyperdense permet la détection d’altérations vasculaires.

Tomodensitométrie axiale

Il s’agit ici du fameux scanner en forme de tube. Cette technique s e base sur l’émission de rayons X provenant de différentes directions, donnant une image plus nette et à différents niveaux de coupe. C’est une technique rapide et peu coûteuse qui permet la détection de tumeurs, d’anévrismes et d’hémorragies. En revanche, le rayonnement émis n’est pas bon pour l’organisme et sa définition n’est pas aussi élevée que celle des autres techniques.

Résonance magnétique

Cette technique de recherche en neurosciences permet de collecter des images de l’intérieur du corps à haute résolution et de manière sûre. L’une des rares précautions à prendre lors de son utilisation est qu’elle est incompatible avec les implants métalliques. E l le repose sur le phénomène de résonance magnétique nucléaire, où l’appareil enregistre les signaux radiofréquence émis par des atomes d’hydrogène, préalablement soumis à un champ magnétique.

Les atomes d’hydrogène sont présents en grande quantité dans l’organisme. Il s’agit donc d’ une technique à haute résolution et sans effets nocifs, qui n’utilis e pas de rayonnement. Cette technique et en outre onéreuse.

Tractographie

C’est un outil qui utilise l’imagerie par résonance magnétique pour évaluer le fonctionnement des faisceaux de matière blanche. Ces derniers sont en grande partie constitués d’eau. Ils se chargent de transporter l’information nerveuse à grande vitesse, puisqu’il s’agit principalement d’axones myélinisés. De sorte que cette technique permet d’évaluer la structure sous-corticale du cerveau, pouvant détecter les maladies neurodégénératives et l’épilepsie.

Techniques de neuro-imagerie fonctionnelle

Il s’agit des outils de recherche de neurosciences qui permettent de détecter des changements dans l’activité cérébrale in vivo. Ils s’utilisent généralement pour évaluer les processus cognitifs en conjonction avec le fonctionnement de leurs corrélats anatomiques.

Tomographie par émission de positrons

Cette technique se base sur l’introduction de substances radioactives dans la circulation sanguine. Les cellules à haute activité métabolique absorbent cette substance. Dans ce processus, les isotopes qui émettent des positons s’annulent lorsqu’ils se combinent avec des électrons, générant de l’énergie électromagnétique, que capte l’appareil.

Cette technique s’utilise largement pour détecter les tumeurs cérébrales car elles tendent à avoir un métabolisme plus important. Elle s’utilise par ailleurs pour détecter les maladies neurodégénératives. Dans le cas de la maladie d’Alzheimer, par exemple, la dégénérescence des cellules fera que la substance s’absorbera en moindre quantité, de sorte que l’image sera différente de celle d’un cerveau normal.

Tomodensitométrie par émission de photons uniques

Il s’agit d’une technique d’enregistrement similaire à la précédente. Elle utilise toutefois un rayonnement gamma que produit un isotope directement à l’intérieur du corps. Cette technique nécessite donc également un récepteur à travers lequel se générera une image qui met en évidence, en couleurs, les différents degrés d’activation du cerveau.

Résonance magnétique fonctionnelle

Il s’agit d’une IRM, mais où s’effectue en même temps une activité cognitive. Elle repose sur le fait que les neurones impliqués dans un processus mental auront besoin de davantage d’énergie et donc de plus d’oxygène du sang. La consommation de sang oxygéné (qui a des propriétés magnétiques) augmente lorsque nous effectuons une tâche mentale. L’appareil enregistre donc cette activité. Malgré son coût élevé, elle permet de localiser les fonctions cognitives dans le cerveau.

Techniques électrophysiologiques

Ces techniques permettent d’enregistrer l’activité électrique du cerveau. Parmi les plus remarquables, nous pouvons citer :

• Électroencéphalogramme. C’est un système qui enregistre les potentiels électriques du cerveau et donc le type d’onde et la fréquence dans laquelle il fonctionne.
• Électromyogramme. Technique pour évaluer l’activité électrique des muscles. Elle s’utilise pour l’exploration des nerfs périphériques.
• Électrooculogramme. Il s’agit de l’enregistrement électrique musculaire des mouvements oculaires. Cette technique s’utilise pour distinguer les phases du sommeil.

Techniques de stimulation cérébrale

Ces techniques permettent d’influencer l’activité cérébrale à travers deux types de stimuli :

• Magnétique. La stimulation magnétique transcrânienne induit un courant en toute sécurité dans le cerveau. Cette induction s’obtient par un flux de courant qui traverse une bobine et génère un champ magnétique.

• Électrique. Un courant de faible intensité s’applique à travers des électrodes que l’on pose sur le cuir chevelu. Cette induction provoque des changements dans l’excitabilité des neurones du cortex.

Ces formes de stimulation n’atteignent généralement que des zones du cortex. Elles s’utilisent principalement pour identifier des processus mentaux, ainsi que pour créer des blessures virtuelles. Leur application pour améliorer les performances ou traiter des troubles tels que les phobies, est encore à l’étude et ne doit pas s’appliquer aux personnes épileptiques, ayant des implants ou aux femmes enceintes.

L’importance des techniques de recherche neuroscientifique

Les maladies qui affectent le système nerveux ont souvent des conséquences graves. La détection précoce d’une tumeur ou d’une hémorragie est de la plus haute importance pour augmenter les chances de survie. De même, détecter une maladie neurodégénérative à ses débuts est la clé pour essayer de retarder les symptômes.

D’autre part, les progrès scientifiques nous permi rent d’approfondir le fonctionnement du cerveau. Par exemple, il est actuellement possible de comparer le cerveau d’une personne déprimée avec celui d’une personne normale, obtenant des différences fonctionnelles associées aux symptômes. De la même manière, nous pouvons identifier des zones cérébrales et des processus correspondant à une fonction particulière, telle que l’attention.

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