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Coupe coronale (verticale, vue antérieure) passant par le milieu du cerveau profond. Elle associe sur 1 mm d'épaisseur: en arrière-plan, une carte d'orientation des fibres nerveuses avec codage couleur (bleu: verticale ; rouge: droite-gauche/gauche-droite ; vert: antéropostérieur/postéroantérieur), une représentation de structures profondes (contours noirs et surfaces colorées), des tracés de paquets de fibres nerveuses issus de l'imagerie de diffusion (fin traits blancs) révélant la complexité du connectome.
© J.J. Lemaire/Institut Pascal
La connaissance des structures profondes du cerveau est essentielle pour comprendre son fonctionnement et ses pathologies, mais aussi pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques, et développer le traitement par stimulation cérébrale des maladies neurodégénératives, notamment la maladie de Parkinson. Cette architecture est encore mal connue, notamment en raison de la complexité de son organisation 3D, et de la terminologie utilisée pour décrire les structures, souvent incomplète et peu précise.
Dans une démarche transdisciplinaire, une équipe menée par l'Institut Pascal (IP, CNRS/Université Clermont-Auvergne) associant neurochirurgiens et spécialistes de l'imagerie et des sciences numériques, a réalisé une cartographie avancée du cerveau profond humain. Ce nouvel atlas du cerveau profond est mis à disposition des chercheurs de toutes disciplines (neurosciences, biologie, informatique, clinique...)
Pour cartographier précisément les structures du cerveau profond et leurs interconnections, à une échelle inférieure au millimètre, l'équipe a réalisé l'acquisition d'un ensemble d'images par IRM, avec un sujet sain, volontaire. Plusieurs modes d'acquisitions d'images ont été utilisés (IRM multimodale), afin de mettre en évidence des structures fines (en augmentant le contraste des images), ainsi que l'architecture des connexions entre les différents noyaux cellulaires (en observant la diffusion des molécules d'eau dans les tissus).
L'intégration de ces différentes acquisitions a permis d'obtenir un atlas détaillé de 118 structures du cerveau profond et de leurs connexions, accompagné d'une terminologie complète (localisation, orientation...) permettant aux futurs utilisateurs d'utiliser pratiquement le nouvel outil de recherche.
Ces résultats ont pu être validés par comparaison avec un ensemble large de données, dont des images de coupes histologiques.
Depuis la publication de l'étude, l'atlas du cerveau profond, disponible en open-source, a été téléchargé plus d'un millier de fois par des chercheurs de diverses disciplines. Le nouvel outil peut encore progresser, en augmentant la résolution de la cartographie, pour observer des détails plus fins de l'architecture. Par ailleurs, un environnement logiciel sera développé, afin notamment d'en faciliter l'utilisation par les chercheurs et cliniciens.
Ce nouvel outil est mis à la disposition des chercheurs en neurosciences, biologie, informatique, et clinique. Il pourrait faciliter le développement de traitements de maladies neurologiques.