En septembre 2002, le Centre de Recherches du Cyclotron de l'ULg s'est doté d'un équipement d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) de haute performance. De la sorte, il a accru significativement sa capacité d'exploration du cerveau humain. Cet appareillage, entièrement voué à la recherche, bénéficie d'un très haut champ magnétique (3 Tesla contre 1,5 pour les installations classiques).

Au début des années 1970, Paul Lauterbur, de l'Université d'Urbana, aux Etats-Unis, donnait vie à l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Son principe ? Fournir des images morphologiques en misant sur les propriétés magnétiques de l'un des constituants majeurs des tissus biologiques : le noyau d'hydrogène. L'IRMf est la digne descendante de l'imagerie par résonance magnétique. Elle vit le jour en 1991, à la suite des travaux que Jack Belliveau et son équipe du Massachussets General Hospital réalisèrent pour les besoins d'une étude sur le système visuel. Lors de cette première, la technique employée requérait l'injection d'un traceur paramagnétique, le gadolinium. Procédure qui n'était pas sans rappeler celle utilisée en TEP.

En se diluant dans le sang, le gadolinium modifie les propriétés magnétiques locales des tissus, permettant la visualisation des régions actives du cerveau. En définitive, l'appareillage d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle doit se concevoir comme un énorme aimant. C'est un an plus tard, en 1992, à la suite de travaux effectués par Ken Kwong et l'équipe du professeur Jack Belliveau, que l'IRMf allait se dévoiler sous son visage actuel, c'est-à-dire dans une forme ne nécessitant plus l'injection d'un quelconque traceur radioactif. Ainsi revue et corrigée, elle se fonde sur l'observation en temps réel des variations régionales de volume, de débit et d'oxygénation du sang.

Dans l'étude du cerveau, de façon plus précise, elle exploite la diminution de concentration de la déoxyhémoglobine en aval des neurones activés. Dans les régions cérébrales qui s'activent, l'afflux de sang et de l'oxygène qu'il transporte dépasse transitoirement les besoins énergétiques locaux. Par conséquent, on assiste à une arrivée massive d'oxyhémoglobine, combinaison de l'hémoglobine et de l'oxygène, et, partant, à une diminution relative de la déoxyhémoglobine. Paramagnétique, cette dernière réduit le signal IRM. Aussi, dans les régions activées, la baisse de concentration de cette déoxyhémoglobine entraîne-t-elle une augmentation du signal puisque la concentration de la substance qui réduit le signal a diminué.

Aujourd'hui, l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) s'est imposée comme la technique de référence pour les études du fonctionnement cérébral humain et, en particulier, des fonctions cognitives. De fait, elle offre d'indéniables avantages. L'un d'eux réside dans son innocuité. Les traceurs radioactifs employés en tomographie par émission de positons sont inoffensifs aux doses où ils sont administrés. Toutefois, la répétition des expériences sur un même sujet ne peut être envisagée en raison de l'effet cumulatif des irradiations. L'IRMf contourne cet écueil, voyant ainsi s'offrir à elle certains protocoles expérimentaux dont la TEP était exclue.

Autre avantage déterminant : l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle fait montre d'une excellente résolution spatiale et temporelle. La précision des cartes d'activation cérébrale obtenues par TEP est de l'ordre de 5 millimètres (2 à 3 mm avec les appareils de nouvelle génération). Elle est nettement supérieure en IRMf - de l'ordre du millimètre. L'acquisition d'une image fonctionnelle du cerveau au moyen de la tomographie par émission de positons nécessite une minute et demie. Avec l'IRMf, une tranche de cerveau est obtenue en 60 millisecondes et le volume cérébral dans sa totalité, en 2 secondes.

Avec l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, la limite n'est plus technologique, mais physiologique. Les artérioles qui irriguent les neurones mettent 5 à 6 secondes avant de s'ouvrir en réponse à une activation neuronale et une vingtaine de secondes à se refermer après la décharge qui s'ensuit. La seule manière de parvenir à décrire les activités neuronales de manière très fine sur le plan temporel serait de coupler l'IRMf, technique hémodynamique dont la résolution spatiale est millimétrique, et l'électroencéphalographie (EEG) à très haute résolution, spatialement imprécise, mais temporellement très précise.

Le principe est clair, mais sa mise en œuvre, des plus ardues. Car, affaire de champs magnétiques et de courants électriques, l'EEG provoque des artefacts sur les images de l'IRMf, qui induit pour sa part des altérations au niveau des enregistrements électroencéphalographiques.