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Imagerie spectroscopique proche infrarouge

L'imagerie spectroscopique proche infrarouge fonctionnelle (ISPIf, en anglais Near Infrared Spectroscopic Imaging, NIRSI ou functional near-infrared imaging, fNIR) ou spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle (SPIRf) est l'application à l'imagerie cérébrale de la spectroscopie proche infrarouge. Cette technique consiste à mesurer de l'oxygénation d'une zone du cerveau afin d'en déduire son activité.

Principe

Les tissus humains sont relativement transparents à la lumière dans la gamme du proche infrarouge (entre 700 et 900 nm) qui peut donc les traverser sur plusieurs centimètres, on parle de fenêtre optique du spectre. Toutefois la molécule d'hémoglobine est un chromophore qui réfléchit la lumière dans cette gamme et son spectre d'absorption est différent selon qu'elle transporte une molécule de dioxygène (oxyhémoglobine) ou non (désoxyhémoglobine). Or, l'augmentation d'activité neuronale induit une augmentation du débit sanguin local baptisée réponse hémodynamique et donc une modification de la quantité d'oxy/désoxyhémoglobine présente sur le chemin optique des photons qui traversent la région du cerveau considérée. En mesurant, les changements du signal liés à l'absorption et à la diffusion, il est donc possible de déterminer si les régions observées sont actives ou non[1] - [2].

Exemple d'un enregistrement du niveau d'oxygénation dans la région du cortex préfrontal réalisé avec une imagerie spectroscopique proche infrarouge. Le sujet est un pilote réalisant une manœuvre d'atterrissage manuelle en simulateur d'Airbus A320. L'augmentation progressive du niveau d'oxygénation cérébrale reflète l'accroissement de la charge de travail mentale en raison de l'approche du seuil de piste.

Avantages

Parmi les avantages de l'ISPIf on peut citer[2] :

  • la portabilitĂ© : les Ă©metteurs et rĂ©cepteurs de lumière infrarouge utilisĂ©s pour l'ISPIf mesurent environ 1 cm, auxquels il faut ajouter le système Ă©lectronique d'enregistrement du signal (un petit ordinateur portable). Il est donc possible d'utiliser cette technique de manière ambulatoire (c'est-Ă -dire en laissant l'individu sur lequel on effectue la mesure libre de ses mouvements) ;
  • le coĂ»t limitĂ© : le prix d'un Ă©quipement complet est compris entre 20 000 et 200 000 euros, ce qui rend l'ISPIf bien plus abordable que d'autres mĂ©thodes d'imagerie cĂ©rĂ©brale mĂ©tabolique (comme l'IRM fonctionnelle).

Limitations

Ses limitations sont :

  • le phĂ©nomène de diffusion de la lumière dans les diffĂ©rents tissus de la tĂŞte (avec leurs inhomogĂ©nĂ©itĂ©s) rend difficile le calcul du chemin optique qui est Ă  la base de la mesure de l'ISPIf ;
  • l'ISPIf est limitĂ©e dans sa rĂ©solution temporelle par le fait qu'elle dĂ©pend de la rĂ©ponse hĂ©modynamique (qui intervient plusieurs secondes après l'augmentation d'activitĂ© neuronale) ;
  • avec cette mĂ©thode, il n'est possible d'accĂ©der qu'aux couches supĂ©rieures du cortex cĂ©rĂ©bral.

Notes et références

  1. (en) Izzetoglu M, Izzetoglu K, Bunce S, Ayaz H, Devaraj A, Onaral B, Pourrezaei K. « Functional near-infrared neuroimaging » IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2005;13(2):153-9. PMID 16003893
  2. (en) Khoa TQ, Nakagawa M. « Recognizing brain activities by functional near-infrared spectroscope signal analysis » Nonlinear Biomed Phys. 2008;2(1):3. PMID 18590571 DOI 10.1186/1753-4631-2-3
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