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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.