Architecture fonctionnelle du cerveau : les potentialités de l’IRM de diffusion
L'IRM de diffusion de l'eau constitue en effet un outil unique pour établir l'architecture fine du tissu neuronal et de ses changements au cours des différents états physiologiques ou pathologiques. Elle est notamment utilisée depuis le début des années 90 pour évaluer l'opportunité de traitements après des ischémies cérébrales. En outre, ses particularités permettent de suivre très précisément le cheminement tissulaire de l'activation cérébrale au cours du développement, de la maturation ou encore pendant l'accomplissement de certaines tâches.
Introduit au début des années 80, les principes fondateurs de l'IRM de diffusion reposent sur le concept selon lequel la diffusion de molécules peut être utilisée pour sonder la structure tissulaire à une échelle bien plus fine que la résolution classiquement utilisée en imagerie (millimètre), l'échelle microscopique. En effet, pendant le temps de diffusion (de l'ordre de 50ms), les molécules se déplacent dans le cerveau sur des distances d'environ 10 µm en moyenne où elles traversent, interagissent ou sont amorties par les nombreux composants tissulaires qui les entourent (membranes cellulaires, fibres, macromolécules…). L'étude de leurs déplacements permet alors d'identifier les caractéristiques structurales et l'organisation géométrique des tissus neuronaux qui les entourent ainsi que les modifications de ces caractéristiques selon l'état physiologique ou pathologique.
Une des applications médicales les plus abouties de cette technique a portée sur l'ischémie cérébrale. En effet, la diffusion de l'eau diminue de manière significative immédiatement après une lésion ischémique, probablement du fait des changements de perméabilité membranaire ou de gonflement cellulaire. L'évaluation de ces changements par IRM de diffusion, immédiatement permet d'évaluer l'opportunité de traitements à un moment où le tissu cérébral peut encore être sauvé.
La diffusion est un processus tridimensionnel et la mobilité moléculaire des tissus n'est pas la même dans toutes les directions de l'espace. Ces différences de diffusion reflètent l'organisation neuronale et peut être exploitée pour cartographier l'orientation spatiale de leur cheminement dans le cerveau. La connaissance du cheminement de ces fibres obtenu par IRM de diffusion, combinée à l'IRM fonctionnelle, ouvre une aire nouvelle à l'étude de la connectivité cérébrale et constitue une des plus importante application de cette technique. Elle constitue également un outil prometteur pour examiner les différents aspects du cerveau au cours de son développement ou de sa maturation et pour caractériser les changements de connexions observés dans certains cas, comme par exemple dans la dyslexie.
Des données récentes indiquent que l'IRM de diffusion pourraient être utilisée pour visualiser les changements de la dynamique des tissus associés à une activation neuronale et constitue un complément précieux aux méthodes d'imagerie fonctionnelle classique qui reposent sur des modulations locales du flux sanguin.
Avec l'avènement des aimants à très haut champs, qui permettront de repousser les limites spatiales et temporelles de l'IRM, l'IRM de diffusion permettra sans aucun doute de nouvelles avancées tant dans le domaine des neurosciences qu'en clinique.