E11 Couplage neurovasculaire

Topique

Le couplage neurovasculaire relie l'activité neuronale locale dans le tissu cérébral — c'est-à-dire la fréquence de décharge locale des neurones — aux variations régionales de trois propriétés du tissu cérébral : le débit sanguin cérébral, le volume sanguin et l'oxygénation tissulaire. Ce couplage neurovasculaire constitue la base physiologique des techniques de neuro-imagerie fonctionnelle telles que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf).

Le modèle du ballonnet décrit ce couplage neurovasculaire du tissu cérébral en trois étapes successives. Lors de la première étape, un signal vasodilatateur provenant du tissu cérébral répond à l'activité neuronale locale et s'atténue progressivement une fois cette activité neuronale terminée. Lors de la deuxième étape, le flux sanguin entrant dans le tissu cérébral intègre ce signal vasodilatateur au fil du temps : plus le signal vasodilatateur est intense et prolongé, plus le flux sanguin entrant qui s'accumule dans le tissu cérébral est important.

Lors de la troisième étape, le flux sanguin entrant dans le tissu cérébral remplit un compartiment veineux. Le volume normalisé et la teneur normalisée en désoxyhémoglobine de ce compartiment varient en fonction du débit sanguin entrant et de la fraction d'extraction d'oxygène (FOO) du tissu cérébral : plus le débit sanguin entrant est important, plus le volume normalisé du compartiment veineux est élevé, tandis que plus la FOO est élevée, plus la teneur normalisée en désoxyhémoglobine qui s'accumule dans ce compartiment veineux est importante.

Le taux métabolique d'oxygène du tissu cérébral est lié à la fois au débit sanguin entrant et à la FOO : plus le débit sanguin entrant et la FOO sont élevés, plus le taux métabolique d'oxygène du tissu cérébral est important. Enfin, le signal BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) mesuré par IRMf (imagerie par résonance magnétique fonctionnelle) est approximé par une combinaison linéaire des variations du volume normalisé et de la teneur normalisée en désoxyhémoglobine du compartiment veineux du tissu cérébral. Globalement, c'est ce même tissu cérébral, depuis l'activité neuronale locale qui déclenche le signal vasodilatateur jusqu'aux modifications du compartiment veineux, qui produit finalement ce signal dépendant du niveau d'oxygénation du sang que l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle détecte indirectement.

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