Comment la pens\u00e9e \u00e9merge-t-elle de la mati\u00e8re c\u00e9r\u00e9brale ? Le contraste d\u00e9pendant du niveau d’oxyg\u00e8ne sanguin, universellement d\u00e9sign\u00e9 par son acronyme BOLD, constitue la pierre angulaire de la neuro-imagerie fonctionnelle moderne, permettant aux chercheurs d’observer indirectement le travail des r\u00e9seaux neuronaux en temps r\u00e9el.<\/p>\n
Le signal BOLD (pour Blood-Oxygen-Level Dependent<\/em>, ou signal d\u00e9pendant du niveau d’oxyg\u00e9nation sanguine) d\u00e9signe la variation locale d’intensit\u00e9 du signal de r\u00e9sonance magn\u00e9tique induite par les fluctuations relatives de concentration entre l’oxyh\u00e9moglobine et la d\u00e9soxyh\u00e9moglobine dans les capillaires et veinules du parenchyme c\u00e9r\u00e9bral. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne constitue le principe physique et physiologique fondamental sur lequel repose l’imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique fonctionnelle<\/a> (IRMf).<\/p>\n Sur le plan fonctionnel, le contraste BOLD ne mesure pas directement l’activit\u00e9 \u00e9lectrique des neurones (potentiels d’action ou d\u00e9polarisations membranaires), mais refl\u00e8te la r\u00e9ponse h\u00e9modynamique et m\u00e9tabolique qui lui succ\u00e8de. Lorsqu’une population neuronale s’active pour traiter une information sensorielle, cognitive ou motrice, la demande \u00e9nerg\u00e9tique locale provoque un afflux massif de sang art\u00e9riel oxyg\u00e9n\u00e9 qui d\u00e9passe largement la consommation effective d’oxyg\u00e8ne. Cette hyper\u00e9mie locale diminue la concentration relative de d\u00e9soxyh\u00e9moglobine, alt\u00e9rant les propri\u00e9t\u00e9s magn\u00e9tiques tissulaires et modulant le signal mesur\u00e9 en pond\u00e9ration T2*.<\/p>\n En psychologie cognitive, en neuropsychologie et en neurosciences computationnelles, le signal BOLD sert d’indicateur spatialis\u00e9 pour cartographier l’implication des diff\u00e9rentes structures c\u00e9r\u00e9brales dans les processus mentaux, allant de la perception \u00e9l\u00e9mentaire aux fonctions ex\u00e9cutives sup\u00e9rieures et aux \u00e9tats de conscience.<\/p>\n L’acronyme BOLD d\u00e9coule de l’expression anglaise \u00ab Blood-Oxygen-Level Dependent \u00bb<\/em>, forg\u00e9e \u00e0 la fin des ann\u00e9es 1980 pour d\u00e9crire une forme de contraste en imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique (IRM) gouvern\u00e9e par l’\u00e9tat d’oxyg\u00e9nation du sang. Dans la litt\u00e9rature francophone acad\u00e9mique, le terme a \u00e9t\u00e9 conserv\u00e9 sous sa forme siglaire originale \u2014 \u00ab le signal BOLD \u00bb ou \u00ab le contraste BOLD \u00bb \u2014 bien que des formulations descriptives telles que \u00ab contraste d\u00e9pendant de l’oxyg\u00e9nation sanguine \u00bb ou \u00ab contraste d\u00e9pendant du taux d’oxyg\u00e8ne sanguin \u00bb soient parfois employ\u00e9es dans un cadre didactique.<\/p>\n Sur le plan morphologique et conceptuel, chaque segment de l’acronyme renvoie \u00e0 une dimension biophysique pr\u00e9cise :<\/p>\n L’int\u00e9gration de ce vocable dans le champ des neurosciences cognitives au d\u00e9but des ann\u00e9es 1990 a marqu\u00e9 une rupture \u00e9pist\u00e9mologique, transformant un outil de radiologie morphologique en un instrument d’observation dynamique de la cognition humaine.<\/p>\n Dans la communaut\u00e9 scientifique francophone, BOLD s’emploie principalement comme un nom masculin invariable lorsqu’il d\u00e9signe le ph\u00e9nom\u00e8ne (\u00ab le BOLD \u00bb) ou, plus fr\u00e9quemment, comme un adjectif \u00e9pith\u00e8te postpos\u00e9 et invariable associ\u00e9 \u00e0 un substantif : \u00ab le signal BOLD \u00bb, \u00ab la r\u00e9ponse BOLD \u00bb, \u00ab le contraste BOLD \u00bb ou \u00ab l’effet BOLD \u00bb.<\/p>\n Sur le plan phon\u00e9tique, il est g\u00e9n\u00e9ralement prononc\u00e9 \u00e0 la mani\u00e8re du mot anglais d’origine (\/bo\u028ald\/), bien qu’une francisation courante (\/b\u0254ld\/) soit fr\u00e9quente dans les contextes universitaires francophones. Du point de vue syntaxique, on le rencontre au pluriel pour qualifier des \u00e9v\u00e9nements r\u00e9p\u00e9t\u00e9s (\u00ab les r\u00e9ponses BOLD transitoires \u00bb), bien que l’acronyme lui-m\u00eame demeure typographiquement inchang\u00e9. Il s’associe couramment \u00e0 des syntagmes pr\u00e9positionnels sp\u00e9cialis\u00e9s tels que \u00ab l’amplitude du signal BOLD \u00bb, \u00ab la d\u00e9synchronisation du signal BOLD \u00bb ou \u00ab les corr\u00e9lations du BOLD au repos \u00bb.<\/p>\n La compr\u00e9hension approfondie du signal BOLD requiert l’analyse d’un syst\u00e8me complexe reliant la neurophysiologie, la biochimie m\u00e9tabolique et la physique quantique de la r\u00e9sonance magn\u00e9tique. Le point de d\u00e9part r\u00e9side dans le couplage neurovasculaire<\/a> : lorsqu’un r\u00e9seau de neurones augmente sa fr\u00e9quence de d\u00e9charge et son activit\u00e9 synaptique, la d\u00e9polarisation membranaire, le recyclage des neurotransmetteurs (notamment le glutamate par les astrocytes) et le r\u00e9tablissement des gradients ioniques par les pompes sodium-potassium entra\u00eenent une d\u00e9pense accrue en ad\u00e9nosine triphosphate (ATP).<\/p>\n Pour compenser cette d\u00e9pl\u00e9tion \u00e9nerg\u00e9tique, le tissu nerveux orchestre une cascade de signalisation chimique vasoactive impliquant l’oxyde nitrique (NO), l’acide arachidonique, les prostaglandines et les ions potassium, s\u00e9cr\u00e9t\u00e9s par les neurones pyramidaux, les interneurones et les pieds astrocytaires enserrant les parois des microvaisseaux. Ces messagers induisent une vasodilatation des art\u00e9rioles pr\u00e9capillaires et une acc\u00e9l\u00e9ration locale de la vitesse de perfusion sanguine. Ce ph\u00e9nom\u00e8ne est connu sous le terme de r\u00e9ponse hyper\u00e9mique.<\/p>\n La caract\u00e9ristique fondamentale du couplage neurovasculaire c\u00e9r\u00e9bral r\u00e9side dans son caract\u00e8re disproportionn\u00e9 : l’augmentation du flux sanguin c\u00e9r\u00e9bral local (Cerebral Blood Flow<\/em>, CBF) et du volume sanguin c\u00e9r\u00e9bral (Cerebral Blood Volume<\/em>, CBV) surpasse tr\u00e8s largement l’augmentation de la consommation m\u00e9tabolique d’oxyg\u00e8ne c\u00e9r\u00e9brale (Cerebral Metabolic Rate of Oxygen<\/em>, CMRO2<\/sub>). Ce d\u00e9calage physiologique entra\u00eene un ph\u00e9nom\u00e8ne paradoxal : le sang veineux drainant la zone corticale active contient proportionnellement moins de d\u00e9soxyh\u00e9moglobine et davantage d’oxyh\u00e9moglobine qu’au repos.<\/p>\n C’est ici qu’intervient la composante magn\u00e9tique d\u00e9couverte par Linus Pauling en 1936. L’oxyh\u00e9moglobine (HbO2<\/sub>) est diamagn\u00e9tique : elle ne poss\u00e8de pas d’\u00e9lectrons non appari\u00e9s et exerce une influence quasi nulle sur le champ magn\u00e9tique appliqu\u00e9 externe (B0<\/sub>). En revanche, la d\u00e9soxyh\u00e9moglobine (dHb) poss\u00e8de quatre \u00e9lectrons non appari\u00e9s sur ses atomes de fer ferreux (Fe2+<\/sup>), ce qui lui conf\u00e8re des propri\u00e9t\u00e9s paramagn\u00e9tiques marqu\u00e9es. En pr\u00e9sence d’un champ magn\u00e9tique statique intense (typiquement de 1,5 \u00e0 7 Teslas dans les scanners IRM), la d\u00e9soxyh\u00e9moglobine d\u00e9forme localement l’homog\u00e9n\u00e9it\u00e9 du champ magn\u00e9tique dans et autour de la lumi\u00e8re vasculaire.<\/p>\n Ces micro-gradients de susceptibilit\u00e9 magn\u00e9tique acc\u00e9l\u00e8rent le d\u00e9phasage des spins des protons d’hydrog\u00e8ne de l’eau tissulaire environnante. En physique de l’IRM, cette perte de coh\u00e9rence de phase se traduit par une diminution du temps de relaxation transversale apparent, not\u00e9 T2* (T2 \u00e9toile), et par cons\u00e9quent par une att\u00e9nuation de l’intensit\u00e9 du signal d\u00e9tect\u00e9 lors de s\u00e9quences d’\u00e9cho de gradient. \u00c0 l’inverse, lors de l’activation neuronale, la \u00ab dilution \u00bb ou l’\u00e9viction de la d\u00e9soxyh\u00e9moglobine paramagn\u00e9tique r\u00e9duit les perturbations magn\u00e9tiques locales. Le temps T2* s’allonge, le d\u00e9phasage ralentit, et le signal recueilli par l’antenne r\u00e9ceptrice de l’IRM augmente. C’est cette hausse relative du signal qui constitue l’activation BOLD conventionnelle.<\/p>\n La trajectoire scientifique ayant men\u00e9 \u00e0 l’exploitation du signal BOLD s’\u00e9tale sur plus d’un si\u00e8cle d’observations physiologiques et de d\u00e9couvertes biophysiques :<\/p>\n D\u00e8s 1890, les physiologistes britanniques Charles Smart Roy et Charles Scott Sherrington publient un article pr\u00e9curseur dans le Journal of Physiology<\/em>, o\u00f9 ils postulent pour la premi\u00e8re fois l’existence d’un lien intrins\u00e8que entre l’activit\u00e9 c\u00e9r\u00e9brale et l’irrigation sanguine locale, sugg\u00e9rant que des variations du m\u00e9tabolisme c\u00e9r\u00e9bral peuvent r\u00e9guler l’apport sanguin r\u00e9gional de fa\u00e7on autonome.<\/p>\n En 1936, le chimiste am\u00e9ricain Linus Pauling et son \u00e9tudiant Charles Coryell d\u00e9couvrent que la susceptibilit\u00e9 magn\u00e9tique de l’h\u00e9moglobine d\u00e9pend de son \u00e9tat d’oxyg\u00e9nation, r\u00e9v\u00e9lant la transition cruciale entre le diamagn\u00e9tisme de l’oxyh\u00e9moglobine et le fort paramagn\u00e9tisme de la d\u00e9soxyh\u00e9moglobine. Cette observation fondamentale demeurera inexploit\u00e9e en imagerie m\u00e9dicale pendant plus de cinquante ans.<\/p>\n Dans les ann\u00e9es 1970 et 1980, les travaux de Seymour Kety, Louis Sokoloff, puis de Marcus Raichle et Peter Fox \u00e0 l’aide de la tomographie par \u00e9mission de positons (TEP), d\u00e9montrent formellement que l’augmentation du flux sanguin induite par une stimulation fonctionnelle exc\u00e8de syst\u00e9matiquement la hausse de consommation locale d’oxyg\u00e8ne, pr\u00e9parant le terrain th\u00e9orique pour l’exploitation du diff\u00e9rentiel d’oxyg\u00e9nation.<\/p>\n La rupture m\u00e9thodologique majeure survient en 1990 au sein des laboratoires Bell (AT&T). Le biophysicien japonais Seiji Ogawa et ses collaborateurs d\u00e9montrent sur des mod\u00e8les murins qu’en manipulant l’inhalation d’oxyg\u00e8ne ou d’azote, il est possible de faire appara\u00eetre ou dispara\u00eetre des artefacts de susceptibilit\u00e9 magn\u00e9tique le long des vaisseaux c\u00e9r\u00e9braux sur des images IRM pond\u00e9r\u00e9es en T2*. Ogawa saisit imm\u00e9diatement la port\u00e9e de cette d\u00e9couverte et forge le terme Blood-Oxygen-Level Dependent<\/em> (BOLD), affirmant que l’oxyg\u00e8ne sanguin peut servir d’agent de contraste endog\u00e8ne pour cartographier le fonctionnement c\u00e9r\u00e9bral sans injection de produit radioactif ou de traceur exog\u00e8ne.<\/p>\n Entre 1991 et 1992, la transposition \u00e0 l’\u00eatre humain est r\u00e9alis\u00e9e quasi simultan\u00e9ment par plusieurs \u00e9quipes pionni\u00e8res : l’\u00e9quipe de Kenneth Kwong et Robert Turner au Massachusetts General Hospital (Harvard), celle de Seiji Ogawa et David Tank, ainsi que celle de Peter Bandettini au Medical College of Wisconsin. Ces chercheurs publient les premi\u00e8res cartographies de l’activation du cortex visuel et moteur humain en r\u00e9ponse \u00e0 des stimulations sensorielles simples. Ces publications fondatrices marquent la naissance de l’neurosciences cognitives<\/a> contemporaines bas\u00e9es sur l’IRMf fonctionnelle.<\/p>\n Le cadre th\u00e9orique d\u00e9crivant le signal BOLD s’articule autour de la mod\u00e9lisation de la fonction de r\u00e9ponse h\u00e9modynamique (Hemodynamic Response Function<\/em> ou HRF). La HRF repr\u00e9sente la cin\u00e9tique temporelle st\u00e9r\u00e9otyp\u00e9e de la variation du signal BOLD cons\u00e9cutive \u00e0 une stimulation neuronale transitoire (un stimulus bref, typiquement inf\u00e9rieur \u00e0 une seconde). Ce profil temporel universel comprend plusieurs phases caract\u00e9ristiques :<\/p>\n La premi\u00e8re phase, parfois d\u00e9sign\u00e9e sous le nom de \u00ab creux initial \u00bb (initial dip<\/em>), correspond \u00e0 une discr\u00e8te et br\u00e8ve diminution du signal BOLD observ\u00e9e entre 0 et 2 secondes apr\u00e8s le d\u00e9but du stimulus. Th\u00e9oriquement, ce ph\u00e9nom\u00e8ne r\u00e9sulte de l’extraction imm\u00e9diate et abrupte d’oxyg\u00e8ne par les mitochondries des neurones actifs avant que la r\u00e9action de vasodilatation art\u00e9riolaire n’ait eu le temps de se propager. Il en d\u00e9coule une accumulation ultra-locale et transitoire de d\u00e9soxyh\u00e9moglobine paramagn\u00e9tique. Bien que son observation demeure difficile en routine clinique et n\u00e9cessite de tr\u00e8s hauts champs magn\u00e9tiques (7 Teslas ou plus), ce creux offre une fid\u00e9lit\u00e9 spatiale sup\u00e9rieure car il se concentre pr\u00e9cis\u00e9ment au niveau du lit capillaire des corps cellulaires neuronaux.<\/p>\n La deuxi\u00e8me phase est la phase d’ascension hyper\u00e9mique (hyperemic peak<\/em>). Entre 2 et 6 secondes post-stimulus, la vasodilatation massive prend le dessus. L’afflux de sang oxyg\u00e9n\u00e9 \u00ab lave \u00bb le lit vasculaire de sa d\u00e9soxyh\u00e9moglobine. L’allongement du T2* produit une \u00e9l\u00e9vation prononc\u00e9e du signal BOLD, atteignant son amplitude maximale (typiquement une hausse de 1 \u00e0 5 % \u00e0 3 Teslas) environ 5 \u00e0 6 secondes apr\u00e8s le d\u00e9clenchement de l’activit\u00e9 nerveuse.<\/p>\n La troisi\u00e8me phase correspond au plateau fonctionnel lors de stimulations prolong\u00e9es (ou \u00e0 la d\u00e9crue progressive en cas de stimulus bref), suivi d’un sous-d\u00e9passement post-stimulus (post-stimulus undershoot<\/em>). Durant cette phase, qui peut durer de 10 \u00e0 30 secondes, le signal BOLD plonge sous sa ligne de base avant de se stabiliser. Plusieurs mod\u00e8les biophysiques s’opposent pour expliquer cette sous-oscillation : le mod\u00e8le de compliance vasculaire (Balloon Model<\/em> de Buxton), qui postule que les veinules post-capillaires conservent une distension m\u00e9canique passive (volume sanguin \u00e9lev\u00e9) apr\u00e8s que le d\u00e9bit art\u00e9riel a cess\u00e9, maintenant une masse accrue de dHb ; et les mod\u00e8les m\u00e9taboliques, sugg\u00e9rant une consommation d’oxyg\u00e8ne prolong\u00e9e pour r\u00e9g\u00e9n\u00e9rer les stocks cellulaires alors m\u00eame que l’apport sanguin est revenu \u00e0 la normale.<\/p>\n Sur le plan math\u00e9matique, le traitement standard du signal BOLD dans le cadre du Mod\u00e8le Lin\u00e9aire G\u00e9n\u00e9ralis\u00e9 (GLM) repose sur l’hypoth\u00e8se d’invariance temporelle et de lin\u00e9arit\u00e9 : la r\u00e9ponse BOLD induite par une s\u00e9quence d’\u00e9v\u00e9nements cognitifs est mod\u00e9lis\u00e9e par la convolution du d\u00e9cours temporel des stimuli psychologiques avec une fonction de r\u00e9ponse h\u00e9modynamique canonique mod\u00e9lis\u00e9e par une double fonction gamma.<\/p>\n Le signal BOLD se d\u00e9ploie selon des composantes interd\u00e9pendantes qu’il convient de distinguer rigoureusement pour une interpr\u00e9tation valide :<\/p>\n Pour appr\u00e9hender concr\u00e8tement le fonctionnement du signal BOLD, consid\u00e9rons une t\u00e2che classique d’inhibition cognitive : le paradigme de Stroop. Lorsqu’un participant lit le nom d’une couleur \u00e9crit dans une encre discordante (par exemple le mot \u00ab VERT \u00bb imprim\u00e9 en lettres rouges) et doit d\u00e9signer oralement la couleur de l’encre, un conflit cognitif s’installe. Les neurones du cortex cingulaire ant\u00e9rieur (CCA) et du cortex pr\u00e9frontal dorsolat\u00e9ral (DLPFC) augmentent leur d\u00e9charge pour inhiber la tendance automatique \u00e0 la lecture du mot.<\/p>\n Dans les deux \u00e0 six secondes qui suivent l’apparition de l’\u00e9cran conflictuel, les sphincters pr\u00e9capillaires de ces zones frontales se rel\u00e2chent sous l’action des vasodilatateurs locaux. L’afflux sanguin oxyg\u00e9n\u00e9 chasse la d\u00e9soxyh\u00e9moglobine des veinules pr\u00e9frontales. La s\u00e9quence IRM enregistre une augmentation d’environ 1,5 \u00e0 2 % de l’intensit\u00e9 du signal T2* dans les voxels recouvrant le CCA par comparaison avec la condition neutre (le mot \u00ab ROUGE \u00bb imprim\u00e9 en rouge). L’algorithme statistique identifie cette d\u00e9viation positive comme une signature directe de la mobilisation des fonctions ex\u00e9cutives d’arbitrage.<\/p>\n Un autre exemple saisissant provient de la clinique neuropsychologique et de la neurochirurgie fonctionnelle pr\u00e9op\u00e9ratoire. Consid\u00e9rons un patient porteur d’une tumeur gliale log\u00e9e \u00e0 proximit\u00e9 imm\u00e9diate de la scissure de Rolando. Afin de pr\u00e9venir des s\u00e9quelles motrices irr\u00e9versibles lors de la r\u00e9section chirurgicale, le patient est plac\u00e9 dans l’IRM et invit\u00e9 \u00e0 effectuer des mouvements rythmiques de flexion des doigts de la main controlat\u00e9rale \u00e0 la l\u00e9sion.<\/p>\n La s\u00e9quence BOLD r\u00e9v\u00e8le l’activation du cortex moteur primaire (gyrus pr\u00e9central). L’\u00e9quipe chirurgicale observe la topographie exacte du pic BOLD et la distance s\u00e9parant la bordure tumorale du foyer d’oxyg\u00e9nation fonctionnelle. Cette cartographie h\u00e9modynamique permet d’ajuster le volet osseux et de d\u00e9finir la trajectoire op\u00e9ratoire pour pr\u00e9server les faisceaux pyramidaux.<\/p>\n Enfin, dans l’\u00e9tude des \u00e9tats de veille au repos (resting-state<\/em>), l’analyse des corr\u00e9lations temporelles des fluctuations spontan\u00e9es du signal BOLD chez un sujet immobile permet d’extraire des r\u00e9seaux fonctionnels majeurs, tels que le r\u00e9seau du mode par d\u00e9faut (DMN). Lorsque le sujet s’engage dans des pens\u00e9es introspectives spontan\u00e9es, les voxels du cortex cingulaire post\u00e9rieur et du cortex pr\u00e9frontal m\u00e9dial pr\u00e9sentent des oscillations h\u00e9modynamiques synchrones, t\u00e9moignant de leur couplage fonctionnel constant sans qu’aucune commande externe ne soit impos\u00e9e.<\/p>\n L’observation et l’extraction quantitative du signal BOLD n\u00e9cessitent une cha\u00eene instrumentale et algorithmique standardis\u00e9e :<\/p>\n Sur le plan de l’acquisition physique, la m\u00e9thode de pr\u00e9dilection est la s\u00e9quence d’imagerie \u00e9cho-planaire pond\u00e9r\u00e9e en T2* (Echo-Planar Imaging<\/em>, EPI). L’EPI permet d’acqu\u00e9rir une coupe bidimensionnelle du cerveau en une cinquantaine de millisecondes et un volume enc\u00e9phalique complet (divis\u00e9 en 30 \u00e0 60 coupes axiales) en un temps de r\u00e9p\u00e9tition (TR) oscillant g\u00e9n\u00e9ralement entre 0,7 et 2 secondes. L’espace c\u00e9r\u00e9bral est discr\u00e9tis\u00e9 en voxels (unit\u00e9s volum\u00e9triques) dont la taille typique varie de 1,5 mm \u00e0 3 mm de c\u00f4t\u00e9 sur les imageurs cliniques \u00e0 3 Teslas.<\/p>\n L’analyse des s\u00e9ries temporelles BOLD passe par une phase obligatoire de pr\u00e9traitement des donn\u00e9es brutes, indispensable pour \u00e9liminer le bruit instrumental et biologique :<\/p>\n Une fois les donn\u00e9es conditionn\u00e9es, le Mod\u00e8le Lin\u00e9aire G\u00e9n\u00e9ralis\u00e9 (GLM) compare la s\u00e9rie temporelle observ\u00e9e dans chaque voxel individuel \u00e0 un mod\u00e8le pr\u00e9dictif th\u00e9orique issu de la convolution entre le protocole exp\u00e9rimental et la r\u00e9ponse h\u00e9modynamique canonique. Une cartographie statistique param\u00e9trique (cartes SPM en scores t<\/em> ou z<\/em>) est ensuite g\u00e9n\u00e9r\u00e9e, soumise \u00e0 une correction rigoureuse pour les comparaisons multiples (taux de fausses d\u00e9couvertes \/ FDR, ou Family-Wise Error<\/em> \/ FWE) pour neutraliser le risque statistique li\u00e9 \u00e0 l’\u00e9valuation simultan\u00e9e de plus de 100 000 voxels.<\/p>\n La polyvalence du signal BOLD a transform\u00e9 de multiples champs disciplinaires :<\/p>\n En psychologie cognitive et en psychiatrie exp\u00e9rimentale, l’IRMf bas\u00e9e sur le signal BOLD a permis de d\u00e9passer les mod\u00e8les phr\u00e9nologiques anciens pour appr\u00e9hender le cerveau comme un r\u00e9seau dynamique et modulaire. Elle a clarifi\u00e9 les bases neurales de la m\u00e9moire de travail, de la th\u00e9orie de l’esprit, des biais d\u00e9cisionnels dans la neuro\u00e9conomie et de la r\u00e9gulation \u00e9motionnelle. Chez les populations psychiatriques, l’examen des variations d’amplitude et de connectivit\u00e9 BOLD a mis en \u00e9vidence des alt\u00e9rations des boucles cortico-striatales dans le trouble obsessionnel compulsif (TOC), des anomalies de l’activation amygdalienne dans les phobies et le trouble de stress post-traumatique, ainsi qu’une d\u00e9synchronisation des r\u00e9seaux \u00e0 grande \u00e9chelle dans les troubles du spectre de la schizophr\u00e9nie.<\/p>\n Dans le domaine de la neurologie clinique et du neuro-d\u00e9veloppement, le signal BOLD intervient dans le bilan d’\u00e9valuation des d\u00e9mences neurod\u00e9g\u00e9n\u00e9ratives. L’hypo-connectivit\u00e9 BOLD pr\u00e9coce au sein du cortex temporal interne et du r\u00e9seau du mode par d\u00e9faut fournit des biomarqueurs pr\u00e9coces de la maladie d’Alzheimer, bien avant l’apparition d’une atrophie tissulaire irr\u00e9versible visible \u00e0 l’IRM structurelle. En neurop\u00e9diatrie, le signal BOLD permet de suivre la maturation synaptique et la sp\u00e9cialisation h\u00e9misph\u00e9rique du langage chez les enfants n\u00e9s pr\u00e9matur\u00e9ment ou pr\u00e9sentant des troubles du neurod\u00e9veloppement comme l’autisme.<\/p>\n Dans l’ing\u00e9nierie des interfaces cerveau-machine (ICM) et le neurofeedback en temps r\u00e9el (real-time fMRI<\/em>), le d\u00e9cours temporel du signal BOLD est extrait et projet\u00e9 au sujet en direct. Gr\u00e2ce \u00e0 cet entra\u00eenement h\u00e9modynamique guid\u00e9, des patients atteints de douleurs chroniques rebelles ou de d\u00e9pression r\u00e9fractaire apprennent \u00e0 auto-r\u00e9guler l’amplitude du signal BOLD dans des aires cibles comme le cortex cingulaire ant\u00e9rieur dorsal ou l’insula, ouvrant une voie th\u00e9rapeutique non invasive compl\u00e9mentaire aux pharmacoth\u00e9rapies.<\/p>\n La validation de la pertinence neurophysiologique du signal BOLD a fait l’objet de travaux exp\u00e9rimentaux d\u00e9cisifs. La question centrale a longtemps \u00e9t\u00e9 de d\u00e9terminer quel aspect exact de l’activit\u00e9 nerveuse \u00e9tait refl\u00e9t\u00e9 par l’hyper\u00e9mie : la d\u00e9charge unitaire des potentiels d’action (spikes<\/em>) marquant la sortie axonale (output<\/em>) ou l’int\u00e9gration synaptique dendritique marquant l’entr\u00e9e neuronale (input<\/em>) ?<\/p>\n Dans une \u00e9tude historique devenue une r\u00e9f\u00e9rence fondamentale publi\u00e9e dans la revue Nature<\/em> en 2001, le neuroscientifique Nikos Logothetis et ses coll\u00e8gues du Max Planck Institute de T\u00fcbingen ont r\u00e9alis\u00e9 des enregistrements simultan\u00e9s par micro\u00e9lectrodes intracorticales et par IRMf \u00e0 haut champ chez des primates non humains. Leurs analyses ont d\u00e9montr\u00e9 que l’amplitude du signal BOLD est plus fortement corr\u00e9l\u00e9e aux potentiels de champ locaux (Local Field Potentials<\/em>, LFP) \u2014 lesquels traduisent le traitement somato-dendritique des aff\u00e9rences synaptiques et l’activit\u00e9 des r\u00e9seaux locaux d’interneurones \u2014 qu’\u00e0 l’activit\u00e9 multi-unitaire (Multi-Unit Activity<\/em>, MUA) repr\u00e9sentant les trains de potentiels d’action propag\u00e9s le long des axones.<\/p>\n Ces conclusions ont \u00e9t\u00e9 consolid\u00e9es par les travaux de David Attwell et de ses collaborateurs sur les m\u00e9canismes cellulaires du contr\u00f4le microvasculaire, montrant que les astrocytes jouent un r\u00f4le actif de relais ch\u00e9mosensoriel via leurs transporteurs de glutamate coupl\u00e9s \u00e0 la lib\u00e9ration d’acide arachidonique, commandant l’ouverture des capillaires bien avant que l’\u00e9puisement local de l’ATP ou de l’oxyg\u00e8ne ne soit critique.<\/p>\n D’autres \u00e9tudes empiriques d’envergure, men\u00e9es notamment dans le cadre du Human Connectome Project<\/em> (HCP), ont exploit\u00e9 le signal BOLD recueilli sur plus d’un millier de volontaires sains scann\u00e9s \u00e0 haute r\u00e9solution. Ces travaux ont permis de dresser une parcellisation multi-modale d’une pr\u00e9cision in\u00e9dite du cortex c\u00e9r\u00e9bral humain (parcellisation de Glasser, 2016), d\u00e9montrant la reproductibilit\u00e9 inter-sujets des fronti\u00e8res fonctionnelles d\u00e9finies par le profil BOLD sous-jacent.<\/p>\n L’interpr\u00e9tation du signal BOLD dans les \u00e9tudes en sciences humaines et sociales exige une rigueur m\u00e9thodologique vis-\u00e0-vis des facteurs de variation individuels et environnementaux. Le domaine \u00e9mergent des neurosciences culturelles a r\u00e9v\u00e9l\u00e9 que les patterns d’activation h\u00e9modynamique lors de t\u00e2ches cognitives ou socio-\u00e9motionnelles peuvent diff\u00e9rer selon l’ancrage culturel et linguistique des individus :<\/p>\n Des recherches comparant des cohortes occidentales (marqu\u00e9es par une culture plus individualiste) et asiatiques orientales (\u00e0 dominante collectiviste) ont montr\u00e9 des modulations distinctes du signal BOLD dans les r\u00e9gions pr\u00e9frontales m\u00e9diales lors de jugements portant sur le soi par rapport \u00e0 la m\u00e8re ou aux proches, illustrant l’impact des sch\u00e9mas d’attachement et des normes sociales sur les r\u00e9ponses c\u00e9r\u00e9brales fonctionnelles.<\/p>\n Parall\u00e8lement, la variabilit\u00e9 interindividuelle biologique du signal BOLD est consid\u00e9rable. Le vieillissement normal s’accompagne d’un ph\u00e9nom\u00e8ne d’alt\u00e9ration de l’\u00e9lasticit\u00e9 art\u00e9riolaire, d’art\u00e9rioscl\u00e9rose subclinique et d’une d\u00e9gradation du couplage neurovasculaire appel\u00e9e \u00ab neurovascular uncoupling \u00bb. Chez les sujets \u00e2g\u00e9s, une r\u00e9duction de l’amplitude du signal BOLD dans un cortex donn\u00e9 ne traduit pas syst\u00e9matiquement une baisse de l’activit\u00e9 neuronale, mais peut d\u00e9couler d’une moindre r\u00e9activit\u00e9 de la paroi vasculaire sous-jacente.<\/p>\n De m\u00eame, la consommation habituelle de substances psychoactives telles que la caf\u00e9ine (un puissant vasoconstricteur c\u00e9r\u00e9bral), la nicotine, l’alcool ou la prise de m\u00e9dicaments vasoactifs modifie la ligne de base du flux sanguin c\u00e9r\u00e9bral, ce qui alt\u00e8re m\u00e9caniquement l’amplitude relative du signal BOLD mesur\u00e9 lors des protocoles d’activation fonctionnelle.<\/p>\n En d\u00e9pit de son omnipr\u00e9sence dans la litt\u00e9rature neuroscientifique contemporaine, le signal BOLD fait l’objet de vives critiques \u00e9pist\u00e9mologiques et techniques qui incitent \u00e0 la prudence :<\/p>\n La premi\u00e8re limite concerne son caract\u00e8re de mesure hautement indirecte. Le signal BOLD n’\u00e9tant qu’une ombre vasculaire de la dynamique neuronale, il est vuln\u00e9rable \u00e0 des d\u00e9couplages pathologiques. Dans les zones p\u00e9ri-l\u00e9sionnelles d’un accident vasculaire c\u00e9r\u00e9bral ou dans le stroma des gliomes malins, l’autor\u00e9gulation vasculaire est souvent compromise. L’absence de signal BOLD local ne permet alors pas de d\u00e9duire une absence d’activit\u00e9 neuronale r\u00e9siduelle viable.<\/p>\n La deuxi\u00e8me controverse porte sur le biais des gros vaisseaux de drainage (\u00ab venous bias \u00bb). Dans les acquisitions IRMf conventionnelles \u00e0 champ magn\u00e9tique standard (1,5 T ou 3 T) utilisant des s\u00e9quences en \u00e9cho de gradient, une part substantielle du signal BOLD provient des macro-veines corticales situ\u00e9es \u00e0 plusieurs millim\u00e8tres, voire centim\u00e8tres, du foyer r\u00e9el d’activit\u00e9 synaptique. Ce biais compromet la pr\u00e9cision topographique fine des cartographies d’activation, bien que le recours aux s\u00e9quences d’\u00e9cho de spin et aux imageurs \u00e0 ultra-haut champ (7 T et au-del\u00e0) att\u00e9nue ce ph\u00e9nom\u00e8ne en isolant s\u00e9lectivement le signal microvasculaire intracortical laminaire.<\/p>\n La troisi\u00e8me limitation majeure r\u00e9side dans la vuln\u00e9rabilit\u00e9 extr\u00eame aux artefacts et au faible rapport signal sur bruit. Les pulsations art\u00e9rielles intracr\u00e2niennes synchrones du cycle cardiaque, les mouvements respiratoires induisant des variations cycliques de la susceptibilit\u00e9 magn\u00e9tique dans la cage thoracique qui se propagent jusqu’\u00e0 la bo\u00eete cr\u00e2nienne, ainsi que les mouvements imperceptibles de la m\u00e2choire ou du cou g\u00e9n\u00e8rent des fluctuations d’intensit\u00e9 souvent sup\u00e9rieures au signal d’int\u00e9r\u00eat (1 \u00e0 2 %). L’inad\u00e9quation de certains algorithmes correcteurs a parfois entra\u00een\u00e9 la publication de faux positifs retentissants, soulevant d’intenses d\u00e9bats sur la reproductibilit\u00e9 des \u00e9tudes de connectivit\u00e9 fonctionnelle en IRMf.<\/p>\n Enfin, la tentation de \u00ab l’inf\u00e9rence inverse \u00bb (reverse inference<\/em>) constitue un \u00e9cueil interpr\u00e9tatif fr\u00e9quent en psychologie : d\u00e9duire qu’un processus mental pr\u00e9cis (par exemple, la peur) \u00e9tait n\u00e9cessairement engag\u00e9 sous le seul pr\u00e9texte qu’une activation BOLD a \u00e9t\u00e9 d\u00e9tect\u00e9e dans une aire c\u00e9r\u00e9brale donn\u00e9e (comme l’amygdale) constitue un sophisme d’affirmation du cons\u00e9quent, dans la mesure o\u00f9 la plupart des r\u00e9gions c\u00e9r\u00e9brales participent \u00e0 des fonctions cognitives multiples et non exclusives.<\/p>\n Pour \u00e9viter toute ambigu\u00eft\u00e9 conceptuelle en neuropsychologie et neurobiologie, il est indispensable de discriminer le signal BOLD de notions apparent\u00e9es :<\/p>\n Le signal BOLD constitue le moteur biophysique de l’imagerie par r\u00e9sonance magn\u00e9tique fonctionnelle, ayant boulevers\u00e9 l’exploration non invasive de l’esprit humain au cours des trois derni\u00e8res d\u00e9cennies :<\/p>\n Le signal BOLD (Blood-Oxygen-Level Dependent) est le principe biophysique fondamental de l’IRM fonctionnelle, r\u00e9v\u00e9lant l’activit\u00e9 c\u00e9r\u00e9brale par les variations d’oxyg\u00e9nation sanguine.<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":0,"template":"","categories":[3381,46,1387],"tags":[37440,6788,1049,2054,37554,37439],"class_list":["post-22323","psych_term","type-psych_term","status-publish","hentry","category-methodes-de-recherche","category-neuropsychologie","category-neurosciences-cognitives","tag-couplage-neurovasculaire","tag-irm-fonctionnelle","tag-neuro-imagerie","tag-neurosciences","tag-reponse-hemodynamique","tag-signal-bold"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/psych_term\/22323","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/psych_term"}],"about":[{"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/psych_term"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/1"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/psych_term\/22323\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=22323"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=22323"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/french.arabpsychology.com\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=22323"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}2. \u00c9tymologie et origine linguistique<\/h3>\n
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3. Prononciation et forme grammaticale<\/h3>\n
4. Explication conceptuelle d\u00e9taill\u00e9e<\/h3>\n
5. D\u00e9veloppement historique<\/h3>\n
6. Fondements th\u00e9oriques et biophysiques<\/h3>\n
7. Composantes cl\u00e9s, types et dimensions<\/h3>\n
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\n
8. Exemples et cas illustratifs<\/h3>\n
9. Mesure, acquisition et \u00e9valuation<\/h3>\n
\n
10. Applications et port\u00e9e pratique<\/h3>\n
11. Recherche et donn\u00e9es empiriques<\/h3>\n
12. Consid\u00e9rations culturelles et interindividuelles<\/h3>\n
13. Critiques, controverses et limites m\u00e9thodologiques<\/h3>\n
14. Termes connexes et distinctions conceptuelles<\/h3>\n
\n
15. R\u00e9sum\u00e9 et points cl\u00e9s<\/h3>\n
\n
R\u00e9f\u00e9rences<\/h2>\n
\n