Neuro-imagerie fonctionnelle ultrasonore : vers une meilleure compréhension de la physiologie et de la physiopathologie des douleurs aiguës et chroniques

Ultrasonic Functional Neuroimaging: toward a Better Understanding of the Physiology and Pathophysiology of Acute and Chronic Pain

¹ Institut physique pour la médecine Paris, Inserm U1273, ESPCI Paris, CNRS UMR 8063, Paris Sciences et Lettres université, 17, rue Moreau, F-75012 Paris, France

^* e-mail : sophie.pezet@espci.fr

Reçu : 30 Juin 2022
Accepté : 2 Septembre 2022

Résumé

Alors que l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle est toujours à ce jour la modalité d’imagerie cérébrale profonde de référence, une nouvelle technique d’imagerie émergente, développée dans notre laboratoire permet d’augmenter considérablement la sensibilité de l’imagerie ultrasonore aux flux sanguins dans les petits vaisseaux chez les rongeurs. Cette modalité peut, du fait de sa grande sensibilité, son excellente résolution spatiale (100 µm) et temporelle (200 ms) identifier les variations subtiles de flux sanguin lors de l’activité cérébrale. Elle donne ainsi accès à l’activité de zones cérébrales, spinales ou du ganglion trigéminal fonctionnellement activées par une tâche ou une stimulation sensorielle chez le rongeur. Du fait de sa petite taille et de sa versatilité, ces études peuvent être réalisées chez l’animal (rongeur, ferret et macaque non humain) éveillé, calme ou au cours de tâches comportementales, évitant ainsi les biais connus de l’anesthésie lors des études fonctionnelles cérébrales. Dans le domaine d’étude de la douleur, elle a le potentiel d’étudier de façon plus facile et sensible le réseau de zones activées par des stimuli sensoriels ou nociceptifs, mais également la dynamique des réseaux neuronaux impliqués dans la transmission, l’intégration et la modulation des informations douloureuses (via l’étude de la connectivité fonctionnelle). Après une brève introduction sur cette modalité technique et les avancées qu’elle a permis d’apporter à ce jour dans le domaine des neurosciences, cet article fait le point sur les études précliniques de notre équipe dans le domaine de la douleur et conclut par les perspectives ouvertes par cette technologie en clinique humaine.

Abstract

While functional magnetic resonance imaging is still the reference deep brain imaging modality, a new emerging imaging technique —developed in our laboratory (“Physics for Medicine”, Inserm, Centre national de la recherche scientifique (CNRS), École supérieure de physique et de chimie industrielles)— allows, via the transmission of ultrasonic plane waves at ultrafast frame rates, to significantly increase the sensitivity of ultrasound imaging to blood flows in small vessels in rodents. Due to its high sensitivity, excellent spatial resolution (100 µm), and temporal resolution (200 ms), this modality can identify the brain, spinal, or trigeminal ganglion areas functionally activated by a sensory stimulation or a task in rodents. Due to its small size and versatility, some studies were carried out in awake animals (rodents, ferrets, and nonhuman macaques), calm or during behavioral tasks. In the field of pain studies, it has the potential to study in an easier and more sensitive way: the network of areas activated by sensory or nociceptive stimuli, and also the dynamics of neural networks involved in the transmission, integration, and modulation of painful information (via the study of functional connectivity). After a brief introduction on this technical modality and the advances they have made to date in the field of neuroscience, this article describes the preclinical studies previously published by our team in the field of pain and concludes with the prospects opened by this technology in human clinics.