L'existence de relations entre cerveau et pensée a alimenté de nombreuses querelles philosophiques, et ce en raison de l'absence de techniques d'observation du fonctionnement normal de cet organe. A la fin du 19e siècle, physiologistes et neurochirurgiens ont établi que les fonctions cognitives généraient des modifications localisées de la circulation sanguine cérébrale, et que des stimulations ou des lésions du cortex pouvaient provoquer une interruption ou un trouble de leur exécution. Jusqu'aux années 1980, cette dernière approche - la neuropsychologie - a constitué la méthode expérimentale prédominante pour l'étude des relations entres structures et fonctions cérébrales. Elle est cependant limitée parce qu'elle tente d'inférer le fonctionnement du cerveau normal à partir de l'observation de dysfonctionnements de cerveaux lésés. Dans ce contexte, la mise au point au cours des années 1990 de techniques d'imagerie numérique tridimensionnelle permettant d'observer de façon externe chez l'homme vivant l'organisation fonctionnelle de son cerveau, constitue une véritable révolution. La tomographie par émission de positons, l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et la magnétoencéphalographie sont désormais à même de fournir des cartes spatio-temporelles des événements électriques et métaboliques qui sous-tendent les activités mentales. Ces nouvelles approches des fonctions cognitives ont déjà fourni de nombreux résultats en démontrant que les activités cognitives avaient pour base une modulation d'activité neuronale. Elles devraient également permettre dans l'avenir une nouvelle approche des dysfonctionnements cognitifs apparaissant au détours des maladies neurologiques et psychiatriques.
Mot(s) clés libre(s) : cerveau, fonction cognitive, imagerie cérébrale, imagerie médicale, imagerie par résonance magnétique, IRM, magnétoencéphalographie, neurone, neuropsychologie, neuroscience, pensée, sciences cognitives, système nerveux, tomographie

La nature des relations entre cerveau et pensée a alimenté de nombreuses querelles philosophiques depuis plus de deux millénaires. C'est à la fin du 19ème siècle que des neurochirurgiens établirent que les fonctions cognitives modifient localement la circulation sanguine cérébrale (Roy et Sherrington, 1890), et que des lésions du cortex provoquent leur dysfonctionnement (Broca, 1863). Cette dernière approche, appelée neuropsychologie, a été jusqu'aux années 1980 la méthode expérimentale de référence pour l'étude des relations entres structures et fonctions cérébrales, tout en étant fondamentalement inadaptée à l'étude du fonctionnement cérébral normal. Dans ce contexte, la mise au point dans les années 1990 de techniques d'imagerie de l'organisation fonctionnelle du cerveau humain, constitue une véritable révolution. Leur avènement découle d'avancées majeures de la fin du 20ème siècle dans les domaines de la détection de rayonnements et de l'informatique. Ces techniques, dites de neuroimagerie cognitive, sont la tomographie par émission de positons (TEP), l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMF) et la magnéto-électro-encéphalographie (MEEG). Une fonction cognitive est en effet une séquence temporelle d'activités neuronales, électriques et neurochimiques, distribuées en réseau, et engendrant des variations locales à la fois du champ électro-magnétique, du métabolisme énergétique, et du débit sanguin cérébral (DSC). Les modifications locales du champ électromagnétique sont directement observables à la milliseconde près, "en temps réel ", à la surface du scalp (MEEG). L'observation des événements neurochimiques, métaboliques et hémodynamiques nécessitent le recours à un marqueur de ces évènements dont la concentration en chaque endroit du cerveau doit être détectable de l'extérieur. En IRMF, le marqueur est la désoxy-hémoglobine (dHb), une molécule normalement présente dans les globules rouges du sang veineux, et dont la concentration varie avec le débit de sang local et donc avec l'activité mentale. Chez un sujet placé au sein d'un champ magnétique intense, la dHb peut être détectée par voie externe car elle est paramagnétique : sa présence engendre dans son voisinage une faible perturbation du champ magnétique que les appareils d'IRM sont capables de cartographier avec une précision millimétrique. La fusion des données d'EEG-MEG d'une part, et de TEP-IRMF d'autre part va permettre à terme l'obtention de véritables cartes cérébrales spatio-temporelles des activités mentales. Les méthodes de neuroimagerie ont déjà fourni de nombreux résultats concernant des bases neurales des fonctions cognitives, et vont permettre une approche nouvelle du vieillissement cérébral et des dysfonctionnements cognitifs. Elles constituent, pour les neurobiologistes, les psychologues, les spécialistes d'intelligence artificielle, mais également les philosophes, une rupture épistémologique dans la quête de la nature et de l'organisation de nos pensées.
Mot(s) clés libre(s) : cerveau, conscience, imagerie, mémoire, pensée, système cérébral, tomographie

La chirurgie telle qu'on la connaît maintenant est amenée à disparaître, notamment grâce au développement phénoménal des moyens de l'information dans le domaine chirurgical. Il sera désormais possible, avant d'opérer un malade, de créer son « clone digital » à partir de ses images médicales (scanner, l'IRM…). On pourra pratiquer l'opération de façon simulée sur ce clone pour ensuite opérer le patient grâce à la chirurgie assistée par ordinateur, c'est à dire la robotique. La robotique est une interface entre le chirurgien et son malade, il y a donc déjà une notion de distanciation. Pourquoi alors ne pas envisager la chirurgie à distance, abolir les barrières géographiques. Dans cette optique, on a créé un institut totalement dédié à la recherche dans les nouvelles technologies et à la formation à ses nouvelles technologies. Un parcours de 10 ans qui va de la collecte de fonds à la première opération à distance…
Mot(s) clés libre(s) : chirurgie assistée, chirurgie mini invasive, imagerie médicale, réalité virtuelle, robotique, téléchirurgie, télémédecine

Dans cet exposé, Henri Maitre montre comment et de quelle façon concrète les images satellitaires de Google peuvent devenir des objets numériques à forte plus-value pédagogique et comment les utiliser pour des séquences pédagogiques. La notion d'image (pixelique) et de carte (symbolique) font l'objet d'une étude comparative et les grandes méthodes de traitement d'images permettant d'extraire des informations symboliques des images aériennes sont décrites, y compris au niveau des aspects multi-échelle. L'impact industriel des ces méthodes est rendu explicite.Cet exposé s'est inscrit dans le cadre d'une formation INRIA proposée en juin 2009 et s'adressait aux professeurs des établissements de l'académie de Versailles proposant l'option Informatique et Objets Numériques à leurs classes de seconde pour l'année scolaire 2009-2010.
Mot(s) clés libre(s) : algorithme, codage, compression d'images, détection de contours, échelle, image numérique, image satellite, imagerie, invariance, représentation matricielle, représentation vectorielle, télédétection, traitement d'images

Quantum fireflies - Lucioles quantiques / Ludwig. In "Images & mirages @ nanosciences", colloque international organisé par le Laboratoire Interdisciplinaire Solidarités, Sociétés, Territoires (LISST) de l'Université Toulouse II-Le Mirail, le Centre d'Élaboration de Matériaux et d'Études Structurales (CEMES) rattaché à l'Institut de Physique du CNRS et le Laboratoire de Physique et Chimie de Nano-Objets (LPCNO) de l'INSA Toulouse. Université Toulouse II-Le Mirail / La Fabrique Culturelle, 9-10 décembre 2010. Thématique 4 : Visions et visées artistiques sur les nanos. L’inscription d’une esthétique nanotechnologique dans le contexte scientifique et artistique, 9 décembre 2010.Déluge lumineux conçu pour l’occasion, Quantum fireflies nous projette dans un champ ouvert, quantique, parcouru d’ondes, d’interférences, de flashes et d’éclairs. Résultat d’un workshop mené avec les étudiants en Master et Doctorat d’arts plastiques, cette installation explore la relation de dualité onde-particule telle qu’elle est envisagée en physique contemporaine, en privilégiant une approche bottom-up-bottom-up-bottom-bottom-up-up-…, pour une traversée des échelles concevables et inconcevables. De fantomatiques lucioles évoluent dans l’espace chargé de particules de brume, tout en générant vagues, vibrations et tremblements. Les corps sont irradiés, déformés d’ombre - toute frontière évaporée. Les énergies à l’œuvre à échelle nanométrique se retrouvent ici projetées en plein air, matérialisant peut-être un nouveau champ de probabilités.
Mot(s) clés libre(s) : art contemporain (21e siècle), arts visuels et sciences, imagerie scientifique, nanosciences (influence), perception spatiale

Les nanotechnologies comme question esthétique / Sacha Loeve. In "Images & mirages @ nanosciences", colloque international organisé par le Laboratoire Interdisciplinaire Solidarités, Sociétés, Territoires (LISST) de l'Université Toulouse II-Le Mirail, le Centre d'Élaboration de Matériaux et d'Études Structurales (CEMES) rattaché à l'Institut de Physique du CNRS et le Laboratoire de Physique et Chimie de Nano-Objets (LPCNO) de l'INSA Toulouse. Université Toulouse II-Le Mirail / La Fabrique Culturelle, 9-10 décembre 2010. Thématique 4 : Visions et visées artistiques. L'inscription d'une esthétique nanotechnologique dans le contexte scientifique et artistique, 9 décembre 2010. Plutôt qu’un paradigme scientifique ou une nouvelle révolution industrielle, les nanotechnologies ne seraient-elles pas avant tout un phénomène esthétique ? Si cette hypothèse mérite d’être prise au sérieux, il convient toutefois de préciser ce que l’on entend par "esthétique". Afin d’éviter tout esthétisme, ou "esthétisation" dépolitisante des productions scientifiques et techniques, ce terme est pris dans son acception étymologique de théorie de la connaissance sensible (du grec, sensation).Ainsi la question du « nano-art » est-elle considérée comme symptôme d’une transformation plus profonde des relations de l’humain et de la matérialité : la montée d’un nouveau sensible induite par les nano-dispositifs à partir d’un fond a-sensible. Ce processus est caractérisé comme : 1) régime d’imagination distinct de la représentation ; 2) promotion d’un ensemble transmodal en soi ; 3) manière de sentir travaillée par une tension entre deux modalités affectives de valuation (Dewey) : « banalisation » et « étrangement » de notre rapport à la matérialité. Abordées comme question esthétique, les nanotechnologies se révèlent être une imagotechnologie où l’image participe d’un schématisme débordant la seule vision.
Mot(s) clés libre(s) : arts visuels (20e siècle), connaissance (philosophie), esthétique (philosophie), imagerie scientifique, nanosciences (réception), nanotechnologies (représentation)

24 dollars rings-Assemblages-formes / Bruno Lhonneur, Ophélie Frayssinet. In "Images & mirages @ nanosciences", colloque international organisé par le Laboratoire Interdisciplinaire Solidarités, Sociétés, Territoires (LISST) de l'Université Toulouse II-Le Mirail, le Centre d'Élaboration de Matériaux et d'Études Structurales (CEMES) rattaché à l'Institut de Physique du CNRS et le Laboratoire de Physique et Chimie de Nano-Objets (LPCNO) de l'INSA Toulouse. Université Toulouse II-Le Mirail / La Fabrique Culturelle, 9-10 décembre 2010. Thématique 1 : Les échelles du visible. Scénographies du visible, de l'invu et de l'invisible, 9 décembre 2010.Bruno Lhonneur et Ophélie Frayssinet, professeurs d’arts appliqués au Lycée Rive-Gauche de Toulouse présentent des études, conçues et développées en partenariat avec le Centre d'Élaboration de Matériaux et d'Études Structurales (CEMES) de Toulouse), par deux classes d’étudiants en arts appliqués (BTS de design d’espace et Classe Préparatoire aux Grandes Ecoles du design) représentant le Lycée Rive-Gauche. Un ensemble de documents visuels commentés, illustrent la démarche et les thèmes abordés (la multiplication, l’échelle, le temps et l’infini) ainsi que les propriétés des matériaux utilisés pour leurs œuvres réalisées dans le cadre d’exercices réalisés pendant le cours d’Expression Plastique de ces deux formations.
Mot(s) clés libre(s) : arts visuels, création artistique et sciences, imagerie scientifique (réception), imageries scientifiques (influence), nanosciences, perception spatiale (dans l'art), réalisations artistiques d'étudiants (Toulouse), sciences et arts

Depuis quelques années se développe aux Etats Unis et en Europe une nouvelle méthode non invasive pour étudier certaines pathologies des poumons. Elle est fondée sur l'imagerie par résonance magnétique (IRM) utilisant du gaz d'hélium 3 inhalé par le patient et préalablement polarisé par pompage optique. La polarisation nucléaire dans un gaz d'hélium 3 peut atteindre 80% avec les techniques existantes et les sources laser actuelles. Ceci correspond à une « hyperpolarisation » considérable, 105 fois plus grande que les polarisations thermiques obtenues dans les champs magnétiques élevés de l'IRM standard. Ce gaz hyperpolarisé peut être utilisé comme source de signaux de résonance magnétique nucléaire (RMN) avec un excellent rapport signal sur bruit. Parmi toutes les applications que ceci suggère dans des disciplines diverses, la possibilité de faire l'image des voies aériennes des poumons a immédiatement suscité un intérêt considérable. En effet l'IRM conventionnelle, fondée sur les protons des tissus, ne peut pas fournir d'image des espaces creux, ni même des tissus du parenchyme pulmonaire. L'hélium « hyperpolarisé » apparaît ainsi comme un outil clinique très prometteur. Il fournit des images de très bonne résolution et renseigne sur la ventilation des voies respiratoires : il donne accès à des images statiques pendant que le patient retient son souffle, à la dynamique de la ventilation pendant l'inspiration et l'expiration et aussi à l'imagerie fonctionnelle. Il permet des études sur l'asthme, l'emphysème, l'obstruction chronique des voies respiratoires, en particulier chez les grands fumeurs, et donne des informations précieuses en cas de chirurgie ou de greffe du poumon. Actuellement se déroulent simultanément des études cliniques sur des malades, des travaux sur des modèles animaux et des développements technologiques visant à adapter les méthodes optiques de polarisation du gaz à un environnement médical. Ces études très pluridisciplinaires associent étroitement physiciens, ingénieurs de la résonance magnétique, radiologues et médecins. Dans cette conférence on rappellera les principes de l'IRM conventionnelle, on expliquera la méthode du pompage optique pour l'hyperpolarisation nucléaire de l'hélium, on décrira les particularités de l'IRM avec hélium, on montrera des images pulmonaires statiques et dynamiques de volontaires sains et de patients atteints de diverses pathologies. Les potentialités cliniques futures seront enfin discutées.
Mot(s) clés libre(s) : hyperpolarisation de l'hélium, imagerie médicale, imagerie par résonance magnétique, IRM, pathologie des poumons, physique atomique, polarisation nucléaire, pompage optique

L'imagerie par Résonance Magnétique (IRM) permet depuis une vingtaine d'année de produire des images de l'anatomie ‘statique' du cerveau, c'est-à-dire des coupes virtuelles montrant les détails des structures cérébrales (matière grise, matière blanche) avec une précision millimétrique. Cette imagerie ‘anatomique' est utilisée par les radiologues pour la détection et la localisation de lésions cérébrales. Plus récemment, l'IRM est aussi devenue ‘fonctionnelle' (IRMf), montrant l'activité des différentes structures qui composent notre cerveau. L'imagerie neurofonctionnelle par IRMf repose sur deux concepts fondamentaux. Le premier, soupçonné depuis l'Antiquité mais clairement mis en évidence au siècle dernier par les travaux du chirurgien français Paul Broca, est que le cerveau n'est pas un organe homogène, mais que chaque région est plus ou moins spécialisée dans sa fonction. Le deuxième, suggéré par l'anglais Sherrington à la fin du siècle dernier, est que les régions cérébrales actives à un moment donné voient leur débit sanguin augmenter. C'est cette augmentation locale et transitoire de débit sanguin, et non directement l'activité des neurones, qui peut être détectée par l'IRMf et par la caméra à émission de positons (autre méthode d'imagerie neurofonctionnelle). En pratique, il suffit donc d'acquérir des images représentant le débit sanguin en chaque point de notre cerveau quand il exécute une tâche particulière (motrice, sensorielle, cognitive,...) et dans une condition de référence neutre. A l'aide d'un traitement informatique de ces images, on peut extraire les régions cérébrales pour lesquelles le débit sanguin a changé entre la condition de contrôle et l'exécution de la tâche et en déduire que ces régions ont participé à cette tâche. Ces régions sont reportées en couleurs sur l'anatomie cérébrale sous-jacente. Bien que l'imagerie neurofonctionnelle, aujourd'hui, ne permette pas de descendre à l'échelle des neurones, les exemples rassemblés dans ces pages tendent à montrer que les circuits cérébraux utilisés par l'activité de ‘pensée' sont communs avec ceux utilisés par des processus de perception ou d'action réels. Ce résultat n'est pas surprenant a priori, si on considère que certaines formes de pensée (créer et voir une image mentale, imaginer une musique, inventer une histoire, évoquer des souvenirs...) ne sont autres que des simulations ou reproductions internes d'évènements que nous avons vécus ou que nous pourrions vivre. Au delà de l'identification des régions impliquées dans les processus cognitifs, des travaux en cours laissent présager qu'un jour nous pourrions peut-être même avoir accès en partie à la nature de l'information traitée par les différentes régions de notre cerveau, et donc, d'une certaine manière, à une petite fraction du contenu de nos pensées...
Mot(s) clés libre(s) : anatomie cérébrale, Broca, cerveau, fonction cognitive, imagerie cérébrale, imagerie médicale, imagerie par résonance magnétique, IRM, language, matière blanche, matière grise, motricité, neuroimagerie, neurone, neuroscience, pensée, région cérébrale, She

Une conférence du cycle "le magnétisme aujourd’hui : du pigeon voyageur à la spintronique" Le cerveau de cristal: apport du magnétisme à l'imagerie cérébraleDenis Le BihanDirecteur de Neurospin, Membre de l’Académie des sciences, CEA Saclay
Mot(s) clés libre(s) : cerveau, imagerie médicale, Magnétisme