Méthodes d’investigation chez l’animal et l’être humain Cours # 8 PDF

Méthodes d’investigation chez l’animal et l’être humain Cours # 8 Plan Méthodes chez l’animal – Histologie, Électrophysiologie – Études de Lésions, Comportementales et Pharmacologiques – Études Génétiques & Optogénétique Méthodes chez l’être humain – Méthodes anatomiques Radiologie, Tomodensitométri...

Méthodes d’investigation chez l’animal et l’être humain Cours # 8 Plan Méthodes chez l’animal – Histologie, Électrophysiologie – Études de Lésions, Comportementales et Pharmacologiques – Études Génétiques & Optogénétique Méthodes chez l’être humain – Méthodes anatomiques Radiologie, Tomodensitométrie (Ct-Scan), Angiographie, Imagerie par résonance magnétique (IRM) & imagerie par diffusion – Méthodes fonctionnelles Électroencéphalographie intracranienne Électroencéphalographie (EEG) IRMf (fonctionnelle) Tomographie par émission de positons (TEP) Magnétoencéphalographie (MEG) Stimulation cérébrale profonde (SCP) Stimulation magnétique transcrânienne répétée (rTMS) Méthodes chez l’animal Histologie Étude des tissus via la méthode de coloration Golgi Corps cellulaires et arborisation dendritique (prolongements) Solution d’argent Nissl Corps cellulaires Violet de crésyl, bleu de méthylène Aussi utilisé chez l’être humain post-mortem ou lors de biopsie Électrophysiologie Étude des phénomènes électriques dans les tissus/cellules d’un organisme vivant. 1. Enregistrement par des microélectrodes de la variation du potentiel électrique (émise par un ou plusieurs neurones). Melanopsin Ganglion Cells: A Bit of Fly in the Mammalian Eye. Dustin Graham. Fig.1 Provencio et al 2002 Benson et al 2002 2. Auto-stimulation électrique Électrodes Implantées - Enregistrement neuronal Avantages : résolution spatiale excellente mais limitée aux neurones ciblés, résolution temporelle excellente (précis) Limites: onéreux, faible accessibilité (longue procédure), méthode invasive (l’animal doit être anesthésié) Études de Lésion La modulation d’un comportement suite à une lésion permet aux chercheurs de proposer qu’une région est engagée dans telle ou telle fonction. Lésion expérimentale chez l’animal: -L’étendue d’une lésion (chimique, anatomique) est contrôlée (ce qui assure la validité de la conclusion) -L’extrapolation de l’animal à l’être humain (en respectant certaines limites). En comparaison Lésion naturelle chez l’être humain: -L’étendue est variable d’un individu à un autre (ex. accident voiture, AVC) -Ce qui limite la validité de la conclusion ÉTUDES COMPORTEMENTALES ET PHARMACOLOGIQUES Elevated plus maze (EPM) Test utilisé chez les rongeurs pour mesurer les comportements dits anxieux (modèles neurobiologiques de l’anxiété) Tâche de mémoire spatiale de Morris (1984) : Études des mécanismes physiologiques dans la mémoire Investigations qui permettent de tester les effets de certains agents pharmacologiques (médicaments; drogues) sur le comportement. Études génétiques Études en génétique moléculaire qui permettent de mieux comprendre l’effet de certains gènes et certaines variations alléliques sur le comportement. Études de “knockout” : Souris génétiquement modifiées. Inactivation d’un gène (ci-contre GRP120 + alimentation riche) Études transgéniques: Souris génétiquement modifiées – ajout d’ADN étranger Source : http://www.futurasciences.com/fr/news/t/medecin e/d/obesite-une-mutation-sur-lerecepteur-aux-omega-3-miseen-cause_36931/ Exemple : oncosouris prédisposées à développer le cancer - utile pour développer des traitements Études optogénétique : modification Génétique & Utilisation de l’Optique ; méthode (2000) qui consiste à modifier génétIquement certains neurones pour les rendre sensibles à la lumière. Active ou inhibe à distance grâce à un rayon de lumière Méthodes d’investigation chez l’être humain Méthodes subjectives : questionnaires & entrevues Méthodes objectives : divers types; méthodes de neuroimagerie 1: Les méthodes anatomiques Permettent de voir les structures du cerveau 2: Les méthodes fonctionnelles Permettent de voir le cerveau en action Les méthodes d’imagerie structurelles (anatomiques) Méthodes anatomiques Radiologie Radiologie : Faisceau de rayons X – Capté par une plaque photographique où s’imprime une image. – Montre les tissus osseux, mais ne permet pas de voir le cerveau. – Utilité clinique : Confirmer la présence d’une fracture du crâne Méthodes anatomiques -tomodensitométrie (ct scan)Tomodensitométrie (rayons X) – Visualisation matière grise et blanche et ventricules du cerveau (1970) (Prix Nobel 1979 Housfiled & Cormark) – Source de rayons X qui tourne autour de la tête et des capteurs électroniques sensibles aux rayons X situés de l’autre côté enregistrent l’information qui est ensuite reconstruite par ordinateur (création d’une image/traitement informatique pour une reconstruction 2D/3D – tranche du cerveau). – Utilisation clinique : Permet de déceler une tumeur, une hémorragie Tumeur cérébrale Hémorragie Avantages: rapide; peu coûteux en comparaison aux autres méthodes d’imagerie cérébrale; mais rayon X donc irradiation importante Méthodes anatomiques -angiographie Angiographie (rayons X) – Injection d’un agent de contraste dans le sang pendant le CT-scan Agent de contraste: absorbe les rayons X – Permet d’opacifier temporairement les vaisseaux sanguins Utilisation clinique : permet de détecter un anévrisme, une hémorragie, une tumeur hyper vascularisée. Méthodes anatomiques -imagerie par résonance magnétique (IRM)Cette technique donne accès à une analyse détaillée de l’organisation du cerveau comme le CT-scan n’avait pas réussi à le faire sans utiliser de rayons X Meilleure résolution que le CT-scan et tous les plans de coupe dans 1 seule acquisition Utilisation en clinique, en recherche clinique et en recherche fondamentale UNF CRIUGM Méthodes anatomiques -imagerie par résonance magnétique (IRM)Technique d’imagerie non invasive. Création d’images via la mise en résonance des atomes d’hydrogène Image 3D du cerveau MNI template Le champ magnétique de l’IRM provoque des changements d’état des protons (énorme aimant; champ magnétique très important). IRM 3 Tesla = 60 000x plus puissant que le champ magnétique de la Terre. Méthodes anatomiques -imagerie par résonance magnétique (IRM)- Fonctionnement (suite) Atomes d’hydrogène à l’état de base – Tête placée dans un champ magnétique puissant Atomes d’hydrogène s’alignent au champ magnétique (magnétisation) – Application de différents gradients (ou modifications) dans le champ magnétique perturbe l’alignement des atomes Excitation – Lorsque la fréquence cesse et que l’atome revient en phase avec le champ magnétique, une énergie (signal radio faible) est dégagée et enregistrée Résonance magnétique C’est cette énergie, ce signal qui est utilisé pour créer l’image du cerveau Méthodes anatomiques -imagerie par résonance magnétique (IRM)Reconstruction des faisceaux d’axones du cerveau Image de diffusion Mesurer la diffusion des molécules d’eau dans le cerveau. pause Les méthodes d’imagerie fonctionnelles Méthodes dites directes Mesure de l'activité neuronale Electroencéphalographie intracranienne Électroencéphalographie Magnétoencéphalographie Électroencéphalographie intracranienne Électrodes en surface ou implantées L'enregistrement intracrânien enregistre l'activité du cerveau au moyen d'électrodes en profondeur. Utilisation : Détecter avec précision un foyer épilepsique Études fondamentales menées pendant les périodes d'attente https://www.inserm.fr/dossier/epilepsie/ Méthodes fonctionnelles -EEG: Électroencéphalographie Mesure l’activité électrique recueillie à la surface du scalp qui reflète celle du cortex sous-jacent EEG : Variation du potentiel électrique émis par une population corticale *neurones pydamidaux* Méthodes fonctionnelles -EEG Avantages: -mesure directe de l’activité neuronale -résolution temporelle excellente (ms) -non-invasif, peut être utilisé dans diverses populations -faible coût Désavantages/Limites: -accessibilité facile, 2 -etrésolution répétitionspatiale possiblefaible; chaque électrode couvre environ 3cm - difficile de connaître la localisation exacte de l’activité électrique - signal extrêmement faible, il doit être amplifié - fragile aux interférences et aux artéfacts: os du crâne/méninges diminuent le signal, clignement des paupières, activité cardiaque, autres appareils électriques dans la pièce Méthodes fonctionnelles - Magnétoencéphalographie - MEG Tous les courants électriques génèrent des champs magnétiques. Les neurones génèrent des courants électriques, il est possible d’enregistrer leur champ magnétique. Similaire à l’EEG, mais ce sont les champs magnétiques qui sont enregistrés. Les neurones pyramidaux sont modélisés comme des dipôles électriques générant un champ magnétique. Signal très faible p/r au champ magnétique de la Terre (1 milliard x + faible) MEG : Dans une pièce isolée pour ne pas avoir d’interférence et des capteurs amplifieront le signal (capteur dans un environnement d’hélium liquide à -269°C) Méthodes fonctionnelles -MEG Avantages: - Bonne résolution spatiale (meilleure que EEG mais moins bonne que IRM) - Excellente résolution temporelle (ms) - Non invasif - Champs magnétiques peu déviés par le crâne Désavantages/Limites: -Coût onéreux - Beaucoup plus complexe que l’EEG (analyse, protocoles expérimentaux) Méthodes dites indirectes Mesures associées au flot sanguin lui-même lié à l'activité neuronale Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle Tomographie par émission de positron Méthodes fonctionnelles -imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) Mesure indirecte de l’activité neuronale (liée au débit sanguin) Permet, en combinaison à l’IRM (structure), de déterminer les régions sollicitées/activées lors de l’exécution d’une tâche. 2 états sont comparés Extraction du Signal Méthodes fonctionnelles -imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) Les neurones lorsqu’ils s’activent, ont besoin de davantage d’oxygène et de glucose. La vascularisation cérébrale répond à cette demande en augmentant le flux sanguin porteur de ces nutriments essentiels pour le neurone. L’IRMf mesure la consommation d’oxygène grâce à la mesure du ratio oxyhémoglobine /déoxyhémoglobine Ce ratio représente les changements de concentration d'oxygène dans le sang (indicative de l'activité dans le cerveau) Mesure indirecte de l’activité neuronale (liée au débit sanguin) Méthodes fonctionnelles -imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) Superposition : image anatomique et images dites fonctionnelles Image Anatomique Image Fonctionnelle Vandewalle, 2014, The stimulating impact of light on brain cognitive function Méthodes fonctionnelles -IRM et IRMf Avantages: -Excellente résolution spatiale (IRM : 1mm3 ; IRMf : 3mm3) -On y voit toutes les structures du cerveau (matière grise et blanche) -Non invasif Désavantages: - Exclusion de tous ceux qui ont du métal dans le corps (prothèse) - Claustrophobie, sensibilité au bruit - Dispendieux (disponibilité) Tomographie par émission de positrons (TEP) Étudie la fonction et non la structure Injection d’un radiotraceur dans la circulation sanguine Visualisation du métabolisme cellulaire Détecteurs Émission de positron Plus les neurones s’activent, plus ils consomment de glucose. Utilité clinique : Détection de tumeurs cancéreuses / métabolisme anormal Méthodes fonctionnelles -TEP Avantages: -Capable de cibler un système de neurotransmission Désavantages/Limites: -faible résolution temporelle et spatiale 5-10mm3 vs IRMf (mesure indirecte de l’activité neuronale) -coût élevé et accessibilité difficile - très invasif et contre-indication (limite radioactivité) - intervalle inter-essais nécessaire Méthodes de stimulation Stimulation cérébrale profonde Stimulation magnétique transcranienne Stimulation cérébrale profonde (SCP) La stimulation cérébrale profonde (SCP) nécessite l'implantation chirurgicale d'un système comprenant électrodes cérébrales et boîtier(s) de stimulation Utilisation : Tx Parkison, Trouble TCC, Dépression, etc https://www.chu-toulouse.fr/-stimulation-cerebrale-profondehttps://www.chu-amiens.fr/wp-content/uploads/2014/08/CHU-Amiens-Picardie_CORRStimulation_cerebrale_profonde_REFLETS_86_SEPT_2010.pdf Thèse 2017 - Sophie Sébille Méthode d’induction (neuromodulation) La stimulation magnétique transcrânienne (rTMS) Technique qui permet de modifier l’activité d’une région spécifique du cerveau pour une période très brève. Un anneau de fil électrique placé à la surface du crâne émet un champ magnétique qui induit un faible courant électrique dans les régions visées du cerveau. Ce courant peut activer les neurones (stimulation) ou les inhiber (lésion virtuelle). Avantages : -Démonstration d’une relation région/fonction - Utilisé en clinique : Tx Dépression En résumé EEG, MEG -Mesure directe de l’activité neuronale -Résolution dans le temps : excellente -Résolution spatiale : faible (mais amélioré avec la MEG) -Coût : variable -Techniques non-invasives -Pas de contre-indication TEP -Mesure indirecte de l’activité neuronale (flot sanguin) -Résolution dans le temps : faible -Résolution spatiale : faible -Coût : dispendieux; Accessibilité : difficile -Technique invasive -Contre-indications: radioactivité, nb limites IRMf -Mesure indirecte de l’activité neuronale (flot sanguin) -Résolution dans le temps : moyenne -Résolution spatiale : excellente -Coût : dispendieux ; Accessibilité : moyenne -Technique non-invasive - Contre-indications: aucun métal, claustrophobie, bruits… Gosseries et al. 2008 En conclusion: C’est l’ensemble de toutes ces études qui permet d’accéder à une meilleure compréhension des différents phénomènes physioloqiques, comportementaux et cognitifs de l’être humain. Psychologie Physiologique Neurophysiologie Neuropsychologie Étude des relations entre le cerveau et le comportement Fin du cours #6 Merci pour votre attention N'oubliez pas d'écouter les 5 capsules vidéos disponibles sur StudiUM.