Un enregistrement simultané EEG-IRMf unique pour mieux comprendre l’organisation spatiale et temporelle du réseau cérébral
Mise à jour de la page : le 13/07/2023
Porteur du projet : Maxime GUYE – Centre de Résonance Magnétique Biologique et Médicale (Marseille)
Titre du projet : EEG-IRMf simultané à ultra-haut champ (7 Tesla) : décryptage de l’organisation corticale laminaire des réseaux épileptiques
Equipement financé grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2020 et sélectionné par le Conseil Scientifique de la FRC : une antenne permettant un enregistrement simultané EEG-IRMf pour un montant de 139 500 €
Description de l’équipement :
L’électroencéphalogramme (EEG) permet l’enregistrement de l’activité cérébrale avec une résolution temporelle excellente (de l’ordre de la centaine de milliseconde). En revanche, la localisation spatiale de ces activités est plus difficile avec ce type d’appareil. A l’opposé, l’IRM permet d’enregistrer l’activité cérébrale avec une localisation spatiale beaucoup plus précise en utilisant l’IRM fonctionnelle (IRMf) mais avec une plus faible résolution temporelle. Par ailleurs, l’IRM utilisant un champ magnétique particulièrement puissant (7-Tesla) offre une résolution spatiale accrue permettant de faire de l’IRMf à l’échelle submillimétrique et ainsi de préciser l’origine des évènements électriques dans la profondeur ou la surface du cortex. Enregistrer le cerveau de façon simultanée avec ces deux méthodes en intégrant l’EEG dans l’IRM offre une opportunité exceptionnelle pour étudier les fonctions et anomalies cérébrales.
C’est ce que compte mettre en place le Centre de Résonance Magnétique Biologique et Médicale (CRMBM) pour la première fois en France, grâce à l’opération Rotary-Espoir en Tête 2020. L’acquisition d’une antenne de réception adaptée permettra de réaliser des enregistrements simultanés de l’EEG et de l’IRMf en utilisant une IRM à ultra-haut champ 7-Tesla. Cet équipement constituera une occasion unique d’évaluer la connectivité et l’activation des couches corticales de manière non invasive, avec une résolution spatiale et temporelle sans précédent chez l’homme. À l’échelle du cerveau, les interactions entre la dynamique du connectome (l’ensemble des connexions neuronales du cerveau) fonctionnel et structural sont encore inconnues. Une meilleure compréhension de la relation entre l’anatomie et le transfert de l’information des réseaux à l’échelle méso et macroscopique est essentielle pour mieux caractériser les pathologies cérébrales.
Cet équipement, installé sur la plateforme technologique du CRMBM à Marseille, permettra de développer un environnement d’exception unique en France et très rare dans le monde. Cette plateforme étant labélisée à l’échelle locale, nationale et internationale, l’équipement bénéficiera à l’ensemble de la communauté des neurosciences fondamentales et cliniques.
Les équipes de recherche du CRMBM comptent en priorité acquérir et analyser des données de connectivité fonctionnelle et structurelle chez un groupe de témoins sains et chez des patients de deux premières maladies neurologiques : l’épilepsie et la sclérose en plaques. Cet équipement leur permettra de générer des données uniques pour mieux comprendre l’organisation du réseau cérébral et la relation structure-fonction dans le cerveau normal et pathologique. Une collaboration avec l’Institut de Neurosciences des Systèmes (INS) de Marseille complétera les compétences requises par une expertise en électrophysiologie, en traitement du signal et en modélisation informatique.
L’équipement
Photo du matériel permettant l’enregistrement simultané de l’EEG avec l’IRMf dans une IRM ultra-haut champ magnétique (7T)
L’utilisation
L’équipe de Maxime Guye a réalisé l’adaptation et la mise en place de l’équipement, en collaboration avec l’institut Fresnel et les Hôpitaux Universitaires de Genève. Des premières acquisitions ont été réalisées sur des volontaires sains. Celles-ci seront partagées dans le cadre du projet européen « Human Brain Project », par l’intermédiaire de la plateforme EBRAINS, pour être utilisées par la communauté scientifique mondiale
Les premiers résultats
Pour le moment, des premières acquisitions chez des sujets témoins ont été réalisées. Les chercheurs ont obtenu de premières données d’IRMf d’une grande résolution (en dessous du millimètre) ainsi que des données EEG de bonne qualité, en simultanée. Ces données permettent une meilleure caractérisation du lien entre la connectivité et l’activation de zones cérébrales (relation structure-fonction) dans le cerveau sain. Le début des acquisitions chez les patients souffrant d’épilepsie et de sclérose en plaques est prévue prochainement.
Images obtenues avec l’équipement financé : à gauche tracé d’EEG et à droite image du cerveau en IRM fonctionnelle
Les prochaines étapes
Les prochaines étapes consistent à commencer les projets sur l’épilepsie et la sclérose en plaques en collaboration avec l’institut de Neurosciences des Systèmes et l’institut de Neurosciences de la Timone. L’équipe de Maxime Guye a pour but de fournir, grâce à l’équipement, la première démonstration de réponses cérébrales spécifiques liées à une tâche cognitive dans la sclérose en plaques et aux décharges épileptiformes enregistrées en EEG dans l’épilepsie.
De manière plus général, l’équipement permettra de réaliser des expériences liées à des tâches cognitives et à des périodes de repos, afin d’étudier à la fois l’activation cérébrale provoquée et sa connectivité, à l’échelle des couches du cortex. Ces données seront d’une grande valeur pour de nombreux domaines des neurosciences et de la recherche clinique en Neurologie et Psychiatrie.
Porteur du projet
Maxime Guye, Professeur de Biophysique à Aix-Marseille Université (AMU) et Praticien Hospitalier (Neurologue) à l’Assistance-Publique Hôpitaux de Marseille, est directeur adjoint du Centre de Résonance Magnétique Biologique et Médicale et chef de service du Centre d’Exploration Métabolique par Résonance Magnétique (CHU Timone). Il est consultant dans le service de Neurophysiologie Clinique et Epileptologie au CHU Timone. Son domaine de recherche concerne la Neuroimagerie (notamment l’IRM à ultra-haut champ magnétique (7 Tesla)) et son intégration à l’électrophysiologie, dans les maladies neurologiques, et plus particulièrement dans l’épilepsie. Il coordonne le projet national « équipement d’excellence » du programme d’investissement d’avenir sur l’IRM 7T.
Centre de recherche
Situé sur le campus de la Faculté de Médecine de Marseille, à côté des Hôpitaux Universitaires de la Timone, le Centre de Résonance Magnétique Biologique et Médicale (CRMBM) est l’un des plus grands centres de Résonance Magnétique biomédicale d’Europe. Il fait notamment partie des très rares structures hébergeant un scanner IRM 7-Tesla directement intégré à l’infrastructure clinique d’un hôpital. Il rassemble des compétences multidisciplinaires combinant le savoir-faire d’ingénieurs, physiciens, neuroscientifiques et cliniciens qui conduisent des recherches translationnelles en développant des méthodes et des instruments de résonance magnétique dans le but d’explorer la morphologie, le métabolisme et la physiologie des pathologies humaines et des modèles animaux associés. Ces recherches visent à mieux caractériser les états sains et pathologiques des systèmes nerveux, cardio-vasculaires et musculo-squelettiques et définir de nouvelles stratégies diagnostiques et/ou thérapeutiques.
