Sonder le cerveau dans l'autisme par IRMf et de Diffusion Tensor Imaging

L'objectif général de l'expérience suivante est d'examiner les connexions entre les régions cérébrales importantes pour la cognition sociale dans l'autisme. À l'aide de l'IRM fonctionnelle et de l'imagerie par tenseur de diffusion du cerveau chez des enfants et des adultes autistes, cela est réalisé en concevant des expériences d'IRMf appropriées, puis en recrutant des participants autistes. Les participants doivent être suffisamment préparés à la procédure afin d'obtenir des images cérébrales fonctionnelles et structurelles de qualité.

Les expériences fonctionnelles sont présentées au participant dans le scanner IRM pendant qu'il effectue une tâche prédéfinie. Les images IRM acquises produisent une quantité relativement importante de données pour chaque expérience. Les données d'imagerie cérébrale acquises sont transférées vers le serveur informatique du laboratoire, puis prétraitées et soumises à une analyse statistique par la création de modèles.

En complément de l'analyse de l'activation cérébrale de base, la connectivité fonctionnelle et anatomique est examinée chez des participants autistes et des témoins contrôles. Les résultats d'IRMf montrent une activation réduite et une connectivité fonctionnelle affaiblie durant la cognition sociale chez les sujets autistes. De plus, l'analyse des données de DTI indique une intégrité anormale de la substance blanche dans l'autisme.

Cette méthode peut répondre à des questions importantes concernant l'organisation cérébrale et le fonctionnement du cerveau dans les troubles du spectre autistique, et potentiellement un jour. Cela pourrait permettre d'identifier un marqueur neurologique de l'autisme. Les implications de cette technique s'étendent vers les thérapies contre l'autisme, car l'identification de connexions altérées entre les régions cérébrales pourrait conduire au développement de nouvelles thérapies visant à rétablir ces connexions.

Or, bien que cette méthode puisse être utilisée pour évaluer le cerveau autiste, elle peut également être employée dans d'autres techniques, telles que l'étude d'autres troubles du développement neurologique, ainsi que du développement du cerveau typique. Étant donné qu'il est difficile d'introduire les enfants autistes à l'appareil d'IRM, en raison de l'environnement bruyant auquel ils sont sensibles, qu'il s'agit d'un espace restreint pouvant provoquer une sensation de claustrophobie, et qu'il représente un environnement nouveau, la démonstration visuelle de cette méthode est essentielle pour préparer un enfant autiste.

L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) peut être difficile, et de nombreuses personnes autistes ont tendance à penser en images. Cette procédure sera démontrée par mes étudiants diplômés de mon laboratoire : Donna Murdo, Lauren Libro, Mark Pennick et Heather Wadsworth. Avant l'inscription à l'étude, les participants potentiels ainsi que leur famille, dans le cas de sujets enfants, doivent d'abord être informés de l'étude par téléphone.

Cela devrait également inclure un dépistage afin de s'assurer que le participant remplit les critères d'inclusion de l'étude. S'il est éligible, le participant potentiel doit alors être recruté pour une IRM à un jour et une heure qui conviennent aussi bien au participant qu'aux chercheurs et au centre d'imagerie. Envoyez au sujet une copie du récit social concernant la procédure d'IRM ainsi qu'un enregistrement sur CD des bruits de l'appareil d'IRM.

Il convient de revoir ces éléments avec les parents en cas d'enfants afin de mieux comprendre les procédures de l'étude avant la journée de l'examen et de familiariser le sujet avec l'environnement de l'IRM. Lorsque le participant et sa famille arrivent au centre d'imagerie, accueillez-les et répondez à toutes leurs questions concernant l'étude et la procédure expérimentale. Ensuite, revoyez les documents du comité d'éthique (IRB) avant d'obtenir le consentement éclairé.

Ensuite, accompagnez le participant dans une pièce calme pour effectuer des tests neuropsychologiques, notamment sur le quotient intellectuel, les capacités linguistiques et la latéralité. Demandez ensuite au participant de s'exercer à des versions courtes des paradigmes de l'étude sur un ordinateur portable afin qu'il se familiarise avec les expériences. Une fois tous les tests et exercices terminés, conduisez le participant vers un appareil IRM factice et offrez-lui une simulation de la procédure d'IRM.

Une autre étape préparatoire consiste à décorer le scanner IRM du centre d'imagerie avec des autocollants et des images d'animaux et de personnages de dessins animés facilement détachables, afin de rendre l'environnement de l'examen plus adapté aux enfants. Lorsque le participant revient au centre d'imagerie, prévoir une courte pause, puis lui faire remplir un questionnaire de sécurité en IRM. Avant d'entrer dans la salle de scan, placer tous les effets personnels dans un casier, puis effectuer un contrôle pour détecter la présence de métaux sur le corps.

Une fois le dépistage terminé, accompagnez le participant dans la salle d'IRM et demandez-lui de s'asseoir sur la table du scanner. Fournissez-lui des bouchons d'oreilles et un casque avant de lui demander de s'allonger sur la table du scanner. Ensuite, un technologue en IRM doit placer la bobine crânienne multicanal au-dessus de la tête du participant et régler le miroir fixé de manière à ce que les images affichées sur l'écran d'ordinateur soient visibles. Puis, couvrez le participant avec une couverture et remettez-lui des boîtiers de réponse destinés à être utilisés pendant les tâches d'IRMf, un pour chaque main, gauche et droite.

Placez également la balle d'urgence à portée de main afin que le sujet puisse signaler s'il souhaite sortir du scanner. Enfin, l'opérateur IRM fera avancer le lit du scanner dans la sphère du scanner et s'assurera que le sujet est à l'aise avant de commencer les examens. L'opérateur démarre tout d'abord la session d'imagerie en acquérant des images de localisation afin de vérifier que la tête du participant est correctement positionnée.

Ensuite, on acquiert une numérisation structurelle à haute résolution, qui sera utilisée pour la co-registration et la normalisation. Lors de l'analyse ultérieure, afin de maintenir l'intérêt du sujet, le chercheur peut présenter un extrait de film au participant pendant cette numérisation. Puis, configurez les paramètres d'imagerie adaptés au scanner et à la séquence d'impulsions utilisée.

Le chercheur doit aider le technologue à prescrire les coupes pour l'imagerie fonctionnelle. Ici, 17 coupes de cinq millimètres sont prescrites dans le plan axial oblique afin d'assurer une couverture maximale de l'ensemble du cerveau. Parlez maintenant dans le microphone pour informer le sujet que l'expérience va commencer et donnez-lui les instructions relatives à la tâche qui sera effectuée.

Ouvrez également la tâche expérimentale sur l'ordinateur, qui doit être synchronisée pour démarrer à l'aide d'un déclencheur provenant du scanner. Le participant doit appuyer sur un bouton pour lancer l'expérience et l'acquisition lorsque celui-ci ou celle-ci est prêt(e) à commencer les tâches expérimentales. Les stimuli visuels statiques et dynamiques, ainsi que les stimuli auditifs, sont affichés et programmés ici à l'aide du logiciel ePrime. Veillez à surveiller les réponses du participant telles qu'elles sont enregistrées et affichées à l'écran de l'ordinateur.

Après le premier examen, s'entretenir avec le participant, lui fournir des commentaires sur son exécution de la tâche et sur les mouvements de la tête, puis le préparer au prochain examen qui sera effectué. Lorsque tous les examens IRMf sont terminés, le chercheur doit demander au sujet de rester immobile pendant environ 12 minutes, le temps d'acquérir une IRM DTI ; un extrait de film peut de nouveau être projeté à cette étape à des fins de divertissement. Une fois tous les examens terminés, sortir le participant du scanner et lui permettre de récupérer ses effets personnels qui peuvent avoir été placés dans le casier.

Ensuite, conduisez-le ou la dans une pièce calme pour une courte séance de débriefing. Pendant cette séance, interrogez le participant sur sa performance dans le scanner, sur la difficulté des tâches, ainsi que sur tout problème ou préoccupation éventuel survenu. Assurez-vous également de remercier le sujet pour sa participation à l'étude.

Entre-temps, le technologue en IRM doit transférer toutes les données d'IRM et de DTI acquises sur un réseau informatique protégé conformément à la réglementation HIPAA. Le chercheur peut ensuite se connecter à ce réseau à l'aide d'un mot de passe afin d'accéder aux données et de les transférer sur un serveur de recherche. Avant l'analyse, les données acquises doivent être anonymisées en supprimant toute information permettant une identification, telle que le nom et la date de naissance, de l'en-tête des images.

Ensuite, convertir les données au format d'image NIfTI pour commencer le traitement fonctionnel. Les étapes de prétraitement et de post-traitement des données peuvent être effectuées à l'aide de logiciels tels que la cartographie paramétrique statistique ou SPM 8. La connectivité fonctionnelle pour une tâche donnée doit alors être mesurée en dessinant d'abord des régions d'intérêt et en extrayant la série temporelle du signal IRMf de chaque ROI pour chaque participant.

Ensuite, corréler le signal provenant d'une ROI à l'autre. La connectivité anatomique peut également être examinée à l'aide des données DTI acquises et du logiciel FSL. L'analyse préliminaire réalisée avec ce logiciel examine la diffusion de l'eau dans le cerveau et l'utilise comme indice d'intégrité de la substance blanche.

Une analyse supplémentaire peut impliquer une tractographie de la substance blanche, dans laquelle les détails concernant l'orientation et la structure des faisceaux sont déduits. Ici, on peut observer des cartes fonctionnelles représentatives avec une activation accrue, comme on la voit dans une tâche linguistique typique telle que la compréhension de phrases. Les activations apparaissent dans le gyrus frontal inférieur gauche et le sillon temporal supérieur postérieur gauche ; une activation accrue des sillons temporaux supérieurs postérieurs bilatéraux peut être observée chez des participants neurotypiques lors de l'attribution d'états mentaux.

Pour d'autres, ces cartes sont corrigées selon l'erreur par famille avec une valeur P seuil inférieure à 0,05. Ici, nous observons des données provenant d'une tâche de cognition sociale chez des participants atteints d'autisme, qui montrent une connectivité fonctionnelle significativement réduite, indiquant une synchronisation de l'activation cérébrale entre les régions frontales et temporales. Enfin, cette figure illustre les résultats de tractographie par IRM de diffusion (DTI), montrant un faisceau de fibres de substance blanche qui s'étend du lobe temporal jusqu'à la jonction temporopariétale.

Le point de départ initial de la tractographie était une ROI identifiée par des statistiques spatiales fondées sur le traçage, présentant une valeur de FA significativement plus faible chez les jeunes adultes autistes par rapport aux témoins âgés de manière comparable. L'imagerie neurologique pédiatrique peut être très difficile, particulièrement chez les enfants autistes, mais avec suffisamment d'entraînement et de préparation, ces techniques d'exploration peuvent être réalisées avec succès. Lorsqu'on effectue des examens IRM chez des participants, et particulièrement chez des enfants, il est essentiel de veiller à ce que l'expérience en laboratoire soit agréable et positive.

Les données obtenues en suivant cette procédure peuvent être utilisées pour répondre à des questions liées aux neurosciences. De plus, avec les hypothèses et les analyses appropriées, on peut utiliser ces informations non seulement pour en apprendre davantage sur le cerveau, mais aussi sur la relation entre le cerveau et le comportement. N'oubliez pas que le processus de scan IRM est extrêmement sensible aux mouvements.

En outre, des précautions doivent être prises pour retirer tous les objets métalliques des poches et du corps des participants avant de commencer la procédure. Après avoir visionné cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la manière d'utiliser efficacement l'imagerie cérébrale pour étudier les enfants en général, ainsi que les enfants souffrant de troubles du développement tels que l'autisme.