​Iseult, un instrument unique pour explorer le cerveau

Les grands centres de recherche de renommée internationale en neurosciences​ disposent aujourd'hui de systèmes IRM à des champs magnétiques toujours plus élevés. Avec ses 11,7 teslas, NeuroSpin (CEA-Joliot) occupe une position incontestée dans cette course à l'ultra-haut champ.

L'objectif de cette avancée technologique est notamment d'augmenter le rapport signal sur bruit et de révéler des détails jusqu'ici inaccessibles. Les premières images du cerveau humain obtenues avec Iseult en 2024 ont déjà démontré ce potentiel. Les enjeux sont désormais doubles : étendre ces performances à l'imagerie fonctionnelle et réaliser de l'IRM dite de noyaux « exotiques », reposant sur l'observation d'autres noyaux atomiques que l'hydrogène.

Maîtriser l'ultra-haut champ

L'IRM fonctionnelle permet d'augmenter la sensibilité au contraste BOLD (Blood Oxygen Level Dependent) qui reflète les variations locales de débit sanguin, et donc, indirectement, l'activité cérébrale.  À 11,7 T, cette technique pourrait gagner en sensibilité et fournir des informations inédites sur le fonctionnement du cerveau.

Mais l'ultra-haut champ soulève également de nouveaux défis techniques. Pour l'IRMf, où les variations BOLD représentent une faible fraction du signal mesuré, la stabilité temporelle du signal au cours du temps est très importante. Or, à 11,7 T, plusieurs phénomènes peuvent ​perturber cette stabilité : les inhomogénéités du champ radiofréquence et du champ magnétique statique B0 (champ magnétique principal et constant utilisé pour polariser et orienter les spins nucléaires), ainsi que les variations de champ induites par les mouvements et les vibrations.

Afin de relever ces défis, les équipes de NeuroSpin, en collaboration avec des chercheurs du Centre Allemand des maladies neurodégénératives (DZNE Bonn), de l'ETH Zürich et de l'Université de Glasgow, ont optimisé la séquence d'IRM. Parmi les améliorations mises en œuvre :

• ​​la transmission parallèle, afin de mieux maîtriser l'excitation radiofréquence
• le remodelage des signaux envoyés à la bobine de gradient permettant de limiter les vibrations susceptibles de perturber le champ magnétique 
• la correction des mouvements résiduels de la tête et une augmentation du rapport signal sur bruit, en combinant une correction prospective directement réalisée à la console et une méthode de post-traitement destinée à stabiliser davantage le signal et à compenser certaines limites de la correction prospective.

Des images au repos et pendant des tâches cognitives

Ces optimisations ont permis aux chercheurs d'acquérir les premières images d'IRMf avec Iseult, à la fois au repos et basées sur des tâches cognitives.

Les résultats obtenus démontrent la faisabilité et la fiabilité de l'IRMf à 11,7 T, malgré les contraintes propres à un champ magnétique aussi élevé. Cette étape essentielle de contrôle qualité ouvre la porte à un nouvel objectif : augmenter encore davantage la résolution à cette intensité de champ inégalée.​

​Financement européen

Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet FET OPEN "AROMA" coordonné par Nicolas Boulant.

Financement France 2030
Le projet a bénéficié d'un soutien dans le cadre de PRESENCE, financé par l'action "Équipements structurants pour la recherche : EquipEx+".​​