Des chercheurs mettent au point un scanner cérébral compatible avec le mouvement

Un dispositif de neuroimagerie vertical développé par des neuroscientifiques, des physiciens et des ingénieurs de l’Université de Virginie-Occidentale, qui permet aux patients de se déplacer pendant qu’ils subissent un scanner cérébral, pourrait aider à établir des priorités pour l’évolution des outils d’imagerie.

Les chercheurs ont testé leur prototype dans des conditions réelles pour évaluer sa précision et déterminer les besoins d’amélioration. Le prototype est conçu pour résoudre les problèmes des scanners à tomographie par émission de positons (TEP) traditionnels qui nécessitent que les patients restent immobiles pour l’imagerie.

« De nombreuses images TEP sont réalisées à des fins de recherche ou de diagnostic sur des patients atteints de maladies provoquant des mouvements involontaires ou incontrôlables, comme la maladie de Parkinson. Il est donc difficile, voire impossible, de tester ces patients lorsque leurs symptômes deviennent trop graves, car les examens d’imagerie cérébrale classiques nécessitent de rester très immobile.

« De plus, si vous souhaitez étudier les comportements humains comme la marche, les tâches anxiogènes ou même la dépendance, cet appareil pourrait fournir un moyen d’imagerie », a déclaré Julie Brefczynski-Lewis, professeure adjointe de recherche au département de neurosciences de la faculté de médecine de WVU et du Rockefeller Neuroscience Institute.

« C’est également utile pour l’imagerie chez les patients souffrant de troubles cognitifs comme la démence, car ils ont du mal à rester immobiles et même à comprendre les instructions qui leur sont données pour rester immobiles, c’est pourquoi ils doivent généralement être anesthésiés. Si nous voulons obtenir une image de leur cerveau alors qu’ils sont éveillés et alertes, ce serait également un moyen de le faire. »

Le scanner est une mise à niveau d’un prototype antérieur développé par Brefczynski-Lewis et son équipe.

Bien que les deux versions soient des casques, la première était plus lourde et ne permettait qu’un léger mouvement de la tête d’un côté à l’autre. La nouvelle, appelée PET ambulatoire, ou AMPET, est plus légère et s’adapte à la tête comme les casques de chantier. Un support équilibré est placé au sommet.

« Ce que nous aimons avec l’AMPET, c’est qu’il bouge avec la tête, et que vous pouvez être dans un environnement réel où vous êtes immergé et marcher avec lui », a-t-elle déclaré. « Ce que nous avons démontré dans l’étude, c’est que lorsque les patients marchent, l’AMPET ne bouge pas par rapport à la tête et c’est ce qui nous a permis d’obtenir une image relativement nette. Nous voulions également voir ce qui devrait être amélioré par nous ou par d’autres laboratoires qui fabriquent ces appareils. »

L’étude, menée par Brefczynski-Lewis et ses collègues de la faculté de médecine, a été publiée dans la revue Médecine des communications.

« L’objectif de cette étude était de disposer d’une nouvelle technologie et de pouvoir la modéliser sur ordinateur jusqu’à ce que les vaches rentrent à la maison. Mais tant que vous ne travaillez pas avec de vrais patients, vous ne savez pas comment cela va vraiment fonctionner dans le monde réel », a-t-elle déclaré.

Pour tester le prototype, l’équipe a recruté des patients volontaires qui devaient subir d’autres examens et recevaient déjà des médicaments utilisés pour l’imagerie. Les participants équipés du casque marchaient sur place pendant que les chercheurs surveillaient leur tolérance au mouvement et évaluaient l’activité neuronale dans les régions cérébrales liées à la motricité.

« Nous avons observé une activité cérébrale dans les parties du cerveau qui contrôlent les mouvements des jambes lorsque les patients marchaient, ce que nous espérions voir », a déclaré Brefczynski-Lewis.

Leurs conclusions ont été confirmées par l’observation d’un patient porteur d’une prothèse de la hanche au pied. Son activité cérébrale se manifestait principalement dans la zone qui représentait la jambe naturelle.

« C’était presque un test à part entière auquel nous ne nous attendions pas », a-t-elle déclaré.

Pour améliorer le prototype, les chercheurs souhaitent ajouter un système de suivi de mouvement et agrandir le casque afin qu’il puisse imager une plus grande zone du cerveau.

« Le suivi des mouvements est déjà conçu pour d’autres technologies, il ne nous reste donc plus qu’à l’appliquer à notre appareil », a déclaré Brefczynski-Lewis. « Cela nous aidera, car nous oublions parfois la zone du cerveau que nous voulons voir. »

En plus de réaliser des examens d’imagerie pour les patients qui ne peuvent pas rester immobiles, Brefczynski-Lewis a déclaré que l’AMPET peut être utile aux neuroscientifiques qui étudient les comportements et les activités humaines avec des mouvements naturels tels que les gestes, la conversation et l’équilibre.

« Pour étudier l’équilibre, les gens sont soumis à des IRM en position allongée et s’imaginent en équilibre, ce qui n’est pas la même chose que l’équilibre réel, ou bien ils ont un imageur de surface qui ne capture pas les structures cérébrales profondes », a-t-elle expliqué.

« Vous pouvez voir certaines parties du cerveau, mais pas les parties profondes du cerveau qui sont généralement plus impliquées dans des choses comme le mouvement, l’équilibre, l’émotion, la mémoire, la peur et la joie. »

À l’avenir, Brefczynski-Lewis et son équipe envisagent que l’AMPET soit utilisé pour surveiller l’activité cérébrale et fournir un traitement aux personnes souffrant de SSPT, étudier la méditation de pleine conscience et intégrer les technologies de réalité virtuelle.

« En étant capable d’imager le cerveau en mouvement, nous montrons qu’un tout nouveau domaine pourrait s’ouvrir grâce à notre appareil », a-t-elle déclaré. « Nous pouvons étendre nos recherches en neuroimagerie aux comportements humains qui sont naturels, à la façon dont nous interagissons avec le monde et avec les autres.

Ont collaboré à l’étude avec Brefczynski-Lewis les étudiants Nanda K. Siva de Parkersburg et Colson Glover de Lewisburg ; Kaylee Nott de Point Pleasant, stagiaire d’été du réseau IDeA de Virginie-Occidentale pour l’excellence en recherche biomédicale ; Alexander Stolin, Gary Marano, Benjamin Parker, MaryBeth Mandich et James W. Lewis, de la faculté de médecine de WVU ; Christopher Bauer, Sonia Chandi, Si Gao et Helen Melnick, anciens élèves de l’université ; Stan Majewski, ancien chercheur de WVU ; et Jinyi Qi.