Des chercheurs découvrent un problème important dans l’imagerie cérébrale et identifient une solution

Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'hôpital McLean, de la Harvard Medical School et du National Institute on Drug Abuse—Intramural Research Program (NIDA-IRP) ont découvert que la tendance de l'excitation des gens à diminuer au cours des scintigraphies cérébrales déformait le cerveau. cartes de connexion produites par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf).

L'équipe a découvert que lorsque les niveaux d'éveil des personnes diminuent au cours d'une IRMf, par exemple s'ils deviennent plus détendus et somnolents, les changements dans la respiration et la fréquence cardiaque modifient les niveaux d'oxygène dans le sang dans le cerveau, qui sont ensuite détectés à tort sur l'analyse comme une activité neuronale.

L'œuvre apparaît dans Comportement humain.

“Vous restez allongé dans un scanner confortable pendant un certain temps, souvent avec seulement une tâche d'appui sur un bouton à faible engagement ou rien à faire du tout, alors que le scanner bourdonne et vibre de manière monotone autour de vous”, a déclaré le premier auteur Cole. Korponay, Ph.D., chercheur au McLean Hospital Imaging Center. “Ces conditions qui atténuent l'excitation créent l'illusion que les forces de connexion cérébrale des gens gonflent continuellement tout au long de l'analyse pour aider à mieux connecter les idées.”

Les analyses IRMf sont couramment utilisées pour cartographier de manière non invasive la connectivité cérébrale dans diverses situations, notamment la planification d'une intervention chirurgicale, la compréhension de l'impact d'un accident vasculaire cérébral et l'étude de la manière dont la maladie mentale affecte la fonction neurologique. Cependant, comme l'IRMf repose sur les modifications de l'oxygène dans le sang du cerveau pour mesurer indirectement l'activité neuronale, elle est vulnérable au « bruit » provenant d'autres processus pouvant affecter l'oxygène dans le sang, tels que les modifications de la respiration et de la fréquence cardiaque.

Et comme les schémas de respiration et de fréquence cardiaque sont étroitement liés aux niveaux d’éveil, les changements d’éveil peuvent introduire un bruit important dans les données IRMf. Ce qui est problématique, c’est que les conditions d’une IRMf ont tendance à endormir progressivement les personnes dans des états d’éveil plus faibles.

Dans la présente étude, l’équipe de recherche a identifié un signal spécifique du flux sanguin qui semblait suivre à la fois la baisse des niveaux d’éveil du sujet et l’inflation illusoire des forces fonctionnelles des connexions cérébrales. Ce signal de bruit physiologique non neuronal, appelé signal « d'oscillation systémique à basse fréquence » (sLFO), s'est développé au fil du temps pendant le balayage, selon un modèle spatial et temporel qui correspondait étroitement au modèle d'augmentation de la force de connexion.

Les chercheurs ont ensuite démontré qu'une méthode appelée RIPTiDe, développée par le co-auteur principal Blaise Frederick Ph.D., biophysicien associé au McLean Imaging Center, pour supprimer le signal sLFO des données IRMf, était capable d'éliminer les augmentations illusoires de la force de connexion. .

“En adoptant cette procédure de débruitage sLFO, les études futures pourront atténuer les effets de distorsion des changements d'éveil au cours des examens cérébraux et améliorer la validité et la fiabilité des résultats de l'IRMf”, a déclaré Korponay.