L’IRM le plus puissant au monde s’installe à Saclay pour explorer le cerveau humain 


Grâce à un gigantesque aimant d’une puissance inédite de 11,7 teslas, l’instrument Iseult servira à améliorer la connaissance du cerveau humain.

Il ne s’appelle pas Tristan, mais c’est sans nul doute «son» Iseult qui vient d’arriver dans les locaux de l’institut NeuroSpin, qu’il dirige. Denis Le Bihan, médecin et physicien, l’un des pionniers de l’imagerie par résonance magnétique (IRM), est visiblement ravi, presque ému, de présenter à la presse ce nouvel aimant de 11,7 teslas (unité de mesure du champ magnétique) qui constituera dans les années à venir le fer de lance de son centre de neuro-imagerie cérébrale en champ intense situé au CEA, sur le plateau de Saclay (Essonne). À titre de comparaison, les champs développés par les aimants des appareils d’IRM utilisés dans les hôpitaux ne dépassent pas 3 teslas. Iseult devrait ainsi pouvoir fournir des images ayant une résolution 100 fois meilleure, avec une taille de pixel ne dépassant pas l’épaisseur d’un cheveu. Avec comme objectif pour ses utilisateurs de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau humain.

Fruit d’un partenariat franco-allemand, financé en grande partie par la BPI côté français, Iseult deviendra l’appareil d’IRM le plus puissant au monde lors de sa mise en service, prévue aux alentours de 2019. Il devancera le système à 10,5 teslas installé à Minneapolis. «Nous allons raccorder l’aimant et commencer à monter en champ progressivement, explique Anne-Isabelle Etienvre, directrice de l’Institut de recherche fondamentale sur les lois de l’Univers du CEA. Des collègues américains ont brisé un aimant de 11,7 teslas en allant trop vite. Notre design est différent, nous ne devrions pas connaître la même mésaventure, mais nous allons rester prudents.»

L’énergie d’un éclair

Iseult n’est pas très féminine. C’est un cylindre creux épais de deux mètres, pesant 132 tonnes et mesurant cinq mètres de long pour cinq mètres de diamètre. Il prend quasiment toute la place de l’une des six arches du bâtiment NeuroSpin, dont l’aspect extérieur évoque les replis du cortex, cette structure caractéristique du cerveau destiné à maximiser les connexions entre neurones. «Ce n’est pas un hasard, confie Denis Le Bihan. Tout l’institut a été conçu autour du projet Iseult.»

Au total, la bobine de l’aimant est constituée de plus de 180 kilomètres de fil réalisé dans un alliage niobium-titane. La bobine sera refroidie à – 271,35 °C, à moins de deux degrés du zéro absolu, grâce à un bain d’hélium liquide. À cette température, l’alliage niobium-titane devient supraconducteur, c’est-à-dire qu’il conduit parfaitement l’électricité. Le courant circule indéfiniment, sans se dissiper sous forme de chaleur par effet joule. On peut ainsi faire circuler un courant électrique extrêmement intense et stable. En l’occurrence, son intensité sera de 1 500  ampères. L’énergie stockée dans la bobine complète en cours de fonctionnement est de l’ordre de 340 mégajoules, similaire à celle libérée par un éclair pendant un orage.

Ce courant permettra de développer le champ magnétique extrêmement intense visé par les chercheurs. Mais ce n’était pas le seul enjeu. Encore fallait-il maîtriser une telle puissance. «Nous avons besoin d’un champ extrêmement stable sur un volume de 22 cm, ce qui correspond en moyenne à la taille d’un cerveau adulte, rappelle Anne-Isabelle Etienvre. La conception de l’aimant est telle que le champ ne doit pas varier de plus d’un demi-millionième de tesla sur ce volume. Mais il doit aussi être très stable dans le temps et ne pas dévier de plus d’un demi-dix-millionième de tesla sur une heure.» C’est toute l’expertise acquise par le CEA sur les aimants des accélérateurs de particules tels que le LHC, le plus grand au monde, enfoui à Genève, ou les projets de confinement de plasma pour la fusion nucléaire, comme Iter, qui ont été mis à profit ici.

L’un des grands enjeux sera de mettre au jour l’existence possible d’un code neural»

Denis Le Bihan, directeur de l’Institut Neurospin.

Les premiers tests seront menés, comme le veut la tradition en neuro-imagerie, sur des fruits, tels que le kiwi, dès 2018. Puis il faudra passer progressivement au cerveau humain, sain et pathologique, afin d’en étudier les propriétés fondamentales. «L’un des grands enjeux sera de mettre au jour l’existence possible d’un code neural, c’est-à-dire d’un ensemble de règles d’agencement des neurones permettant de comprendre pourquoi certaines régions du cerveau ont des capacités particulières, explique Denis Le Bihan. Cette idée est encore débattue, mais je pense que nous aurons les moyens de répondre à cette grande interrogation grâce à la résolution très fine d’Iseult.» Chaque pixel ne contiendra plus qu’un millier de neurones, contre quelques dizaines à centaines de milliers actuellement. À cette échelle plus fine, les chercheurs devraient aussi être capables de détecter les petites plaques amyloïdes suspectées d’être responsables de la maladie d’Alzheimer. Le projet Iseult prévoit d’ailleurs le développement de nouveaux marqueurs venant se fixer sur cette cible afin d’en rehausser le contraste sur les images.

Le champ fort présente d’autres intérêts. Il va permettre d’effectuer des images plus rapidement, et ainsi de suivre plus finement l’évolution temporelle de l’activité cérébrale, par exemple. Ou de mieux comprendre les mécanismes d’action de molécules médicaments.

Par ailleurs, l’IRM classique s’intéresse principalement aux molécules d’eau. Ce sont en effet les atomes d’hydrogène qu’elles contiennent qui sont excitées lors de l’examen. La rapidité et l’ampleur de leur réponse à cette stimulation donne des informations sur les types de tissus dans lesquels elles se trouvent (pour des raisons encore mal comprises d’ailleurs). En augmentant le champ, la réponse d’autres atomes, tels que le sodium, le chlore, le phosphore ou le potassium, présents dans des neurotransmetteurs ou des métabolites, pourra être détectée. Avec de potentielles découvertes considérables à la clé.

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