Per imaging cerebrale (noto anche come neuroimaging ) si intendono tutte le tecniche dall'imaging medico con cui osservare il cervello, soprattutto quando un individuo svolge un compito cognitivo .
L'osservazione del cervello mediante autopsia è stata imprecisa e incompleta, a causa in particolare dell'osservazione post mortem di un organo congelato, che non poteva spiegare lo spostamento di tumori cerebrali all'origine di disturbi cognitivi, come l' afasia . Lo sviluppo di tecniche di imaging medico abbinato a metodi di psicologia cognitiva e sperimentale (ad esempio, psicolinguistica ) ha permesso di osservare in vivo l'attività elettrica e il flusso sanguigno nel cervello, le cui variazioni consentono di determinare le aree cerebrali sollecitato da diversi processi cognitivi. La prima tecnica di neuroimaging è il “bilancio della circolazione umana” inventato da Angelo Mosso negli anni 1880. È stato in grado di misurare in modo non invasivo la ridistribuzione del sangue durante l'attività emotiva e intellettuale ed è stato riscoperto da Stefano Sandrone e dai suoi colleghi nel 2014. Strumenti di neuroimaging ( MRI , tomografia a emissione di positroni , elettroencefalografia , magnetoencefalografia, ecc.) Hanno quindi ampiamente contribuito al progresso della scienza cognitiva dagli anni '90 (o anche prima, già negli anni '50 per l' elettroencefalografia ), contribuendo a quello che è stato chiamato il decennio del cervello .
L'imaging strutturale (noto anche come anatomico) cerca di identificare, localizzare e misurare le diverse parti dell'anatomia del sistema nervoso centrale. Nella pratica medica clinica, consente di identificare la localizzazione e l'estensione di una lesione cerebrale a fini diagnostici e / o chirurgici.
Nel contesto della ricerca nelle neuroscienze cognitive, le immagini strutturali forniscono elementi per interpretare le osservazioni comportamentali in neuropsicologia . Determinando quali lesioni corrispondono a un dato deficit cognitivo, è possibile stabilire che la regione lesa del cervello è coinvolta nel meccanismo sottostante. Così, è stato osservando, post mortem, che il cervello di un paziente che era diventato incapace di parlare a seguito di un ictus presentava un'area distrutta nel lobo frontale sinistro, che Paul Broca ha dedotto il ruolo di questa regione nei processi linguistici.
Più recentemente, con l'aumento dell'accuratezza delle misurazioni, è diventato possibile correlare la misurazione del volume (o densità dei neuroni ) di una regione del cervello con attività o esiti comportamentali. Così, nel 2000, uno studio ha mostrato che una struttura cerebrale coinvolta nella memoria spaziale, l' ippocampo (cervello) , era più sviluppata nei tassisti londinesi che nella popolazione media, e tanto più che "guidavano più a lungo".
Per comprendere meglio la cognizione e le emozioni nell'uomo o negli animali, stiamo cercando di visualizzare in tempo quasi reale e sempre più precisamente l'attività dei neuroni coinvolti in diversi tipi di attività cerebrale come ad esempio il pensiero, la percezione, il vissuto o il rievocazione di emozioni che provocano modifiche molto rapide dei potenziali d'azione nei neuroni attivati.
Nel novembre 2015 sulla rivista Science , un team della Stanford University ( Palo Alto , California) ha annunciato di essere riuscito a visualizzare i picchi di attività elettrica neuronale al microscopio rappresentandoli "come lampi di luce con una risoluzione temporale di 1. "ordine di 0,2 millisecondi " . Osservando questi fenomeni, diventano visibili aspetti del "codice neurale" che prima erano inaccessibili.
Gli strumenti del neuroimaging strutturale sono l' istologia e l' esame post mortem , la risonanza magnetica anatomica, la TC , la tomografia a emissione di fotone singolo ( TEMP o tomografia computerizzata a emissione di fotone singolo (en) , SPECT), la morfometria basata su voxel (en) .
L'imaging funzionale cerca di caratterizzare il cervello in azione. L'uso tradizionale di questi metodi è quello di far eseguire a un individuo un compito cognitivo e di misurare il segnale prodotto dall'attività cerebrale. A seconda delle tecniche e degli strumenti matematici utilizzati, è possibile individuare, con più o meno precisione, quale regione del cervello era particolarmente attiva e in quale punto del compito cognitivo.
Gli strumenti di neuroimaging funzionale includono:
Dopo l'apposizione degli elettrodi, i soggetti si confrontano con esperienze di trasgressione semantica e sintattica. Nel primo caso, un'onda negativa (chiamata N400) viene emessa circa 400 ms dopo lo stimolo trasgressivo corrispondente all'anomalia semantica. Nel secondo caso, un'onda positiva (chiamata p. 600) viene emessa circa 600 ms dopo lo stimolo corrispondente all'anomalia sintattica. Ciò indica che l'attività semantica precede l'attività sintattica, almeno nei soggetti sani. Nei pazienti afasici, essendo l'onda N400 successiva e di minore ampiezza, il loro accesso alle informazioni semantiche sarebbe più lento.
FMRI condivide con il PET il vantaggio di una buona risoluzione spaziale e offre anche una buona risoluzione temporale poiché il suo utilizzo non si basa sulla durata di vita di un prodotto. Tuttavia, la fMRI condivide anche gli svantaggi della PET: sicurezza sconosciuta e metodo invasivo, il paziente deve essere sdraiato e la macchina fa un rumore infernale.
L'EEG e il MEG non sono invasivi perché limitano molto poco il soggetto, l'applicazione degli elettrodi essendo indolore. Offrono anche una buona risoluzione temporale. Tuttavia, la risoluzione spaziale di questi metodi rimane scarsamente caratterizzata.
La legge francese sulla bioetica del 2011 rende la Francia il primo paese al mondo a consentire, per testo legislativo, l'uso dell'imaging cerebrale come parte delle competenze forensi .
Altrove, la MacArthur Foundation , la European Science Foundation e l'Economic and Social Research Council riuniscono scienziati, filosofi e giuristi incaricati di esaminare l'adattamento tra il campo legale e le conoscenze recenti relative all'imaging cerebrale.