Afin de répondre aux contraintes de résolution temporelle et de sensibilité T2*, les séquences d’IRM fonctionnelle sont en général de type écho planar ultra-rapide (EG-EPI), avec des matrices de petite taille (et donc une résolution spatiale faible). Le contraste BOLD obtenu est très faible (variation du signal de quelques pourcents seulement), il est donc nécessaire de répéter les acquisitions dans le temps, lors de tâches d’activation différentes, pour réaliser une étude comparative statistique de corrélation entre variations du signal mesuré dans chaque pixel et variations des tâches. Les différences d’activation seront ainsi en rapport avec la différence entre les deux tâches.
La séquence des tâches et leur mode de répétition constituent le paradigme d’activation. Il comporte au moins une tâche de référence, et une autre tâche dont la seule différence correspond à l’activité que l’on désire étudier.
Par exemple, pour les activités motrices, on peut prendre comme activité de référence le repos, et comme activité un mouvement répété des doigts. Pour les activités cognitives (langage, interprétation, mémoire…), les protocoles sont plus complexes et la conception de tâches pertinentes est plus délicate. On peut également enregistrer simultanément au cours de l’examen des informations sur les réponses du patient (fréquence des mouvements, délai de réponse à un stimulus, réponse correcte ou erronée…) qui seront intégrées au modèle d’analyse statistique.

 

Paradigmes expérimentaux en IRM fonctionnelle

  • Paradigme en bloc : les activités sont organisées en bloc de quelques dizaines de secondes qui alternent à intervalles réguliers. Au sein d’un même bloc, les réponses hémodynamiques vont se chevaucher et s’accumuler avant de former un plateau.
  • Paradigme évènementiel : les activités ou stimuli sont uniques ou présentés en courtes répétitions, avec un enchaînement qui peut être pseudo-aléatoire (ce qui évite le phénomène d’anticipation), et avec mesure possible de la performance de la réponse (délai et exactitude de la réponse…). On évalue ainsi la réponse hémodynamique locale lors des différentes activités.

En fonction du type de paradigme choisi et de l’enchaînement des conditions ou tâches dans le temps, les courbes théoriques de la réponse hémodynamique et du signal BOLD sont établies. Elles prennent notamment en compte le décalage dans le temps entre l’activation neuronale et la réponse hémodynamique mesurée. Dans le cas de tâches répétées rapidement, il existe une sommation de leur effet qui aboutit à une réponse hémodynamique en plateau. Ce modèle est la base de l’analyse statistique, qui recherchera les pixels dont la variation de signal est liée au paradigme.

 

Les limites et inconvénients de l’IRM fonctionnelle en contraste BOLD sont liés à :

  • la distance qui sépare neurones activés et variation vasculaire du rapport oxyHb/deoxyHb : l'IRM fonctionnelle n'étudie que les conséquences hémodynamiques de l'activation fonctionnelle neuronale, or ces deux phénomènes ne sont pas exactement colocalisés, ce qui peut entraîner une erreur d'identification de la zone fonctionnelle activée
  • aux artéfacts de mouvements (mouvements de la tête, battements vasculaires, respiration…) et de susceptibilité magnétique (distorsion et perte de signal aux interfaces avec les os, l’air, les hématomes ou en post-opératoire)

Comme pour l’angioIRM, l’IRM de diffusion et de perfusion, les techniques d’acquisition parallèle permettent d’augmenter la résolution temporelle et de diminuer les artéfacts des séquences écho planar par une réduction du temps d’écho.

 

IRM fonctionnelle par marquage de spins

 

Cette technique d’IRM fonctionnelle consiste à appliquer la méthode de marquage de spins employée pour l’IRM de perfusion pour détecter les variations de perfusion secondaires à l’activation cérébrale.
Cette alternative à l’IRM fonctionnelle par contraste BOLD est efficace (plus sensible et moins variable) pour des tâches répétées à basse fréquence. Le volume exploré est par contre de plus petite taille en marquage de spins.