L'hippocampe comme on ne l'a jamais vu
Publié par Isabelle le 29/03/2018 à 12:00
Source: CEA
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Des chercheurs de l'Institut Frédéric-Joliot proposent une cartographie de l'hippocampe à une résolution inégalée grâce à l'IRM haut champ, révélant non seulement ses sous-structures, mais aussi ses connexions internes et sa composition cellulaire.

L'hippocampe est une structure nichée au cœur du cerveau (Le cerveau est le principal organe du système nerveux central des animaux. Le cerveau traite les informations en provenance des sens, contrôle de nombreuses fonctions du corps, dont la motricité volontaire, et constitue...) connue pour son rôle de premier plan dans les mécanismes de mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir d'une information.) et d'apprentissage (L’apprentissage est l'acquisition de savoir-faire, c'est-à-dire le processus d’acquisition de pratiques, de connaissances,...). Il s'agit aussi de la première zone dégradée dans la maladie (La maladie est une altération des fonctions ou de la santé d'un organisme vivant, animal ou végétal.) d'Alzheimer. Si plusieurs études ont permis d'établir des atlas de l'hippocampe humain, peu d'études exploitant l'IRM ont été menées jusqu'à présent pour en caractériser l'organisation (Une organisation est) à l'échelle mésoscopique (=d'une centaine de micromètres de résolution). Dans le cadre du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et...) HBP[1] , des chercheurs de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le...) Frédéric-Joliot, en collaboration avec le centre de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche...) de Jülich, en Allemagne, ont observé un hippocampe humain post-mortem avec l'IRM préclinique 11.7T de NeuroSpin, offrant des images d'une résolution inégalée et reposant sur de nouvelles approches permettant d'en caractériser la composition cellulaire.

"Nous avons bénéficié d'un IRM très haut champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) qui, combiné à des gradients[2] très élevés (780 mT/m), nous ont permis d'obtenir des clichés anatomique d'une résolution de 150 µm et en microscopie (La microscopie est l'observation d'un échantillon (placé dans une préparation microscopique plane de faible épaisseur) à travers le microscope. La microscopie permet de...) par IRM de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information),...) avec une résolution de 300 µm, 30 fois plus précise que les imageurs utilisés dans les hôpitaux", expliquent Justine Beaujoin et Cyril Poupon, chercheurs à l'Institut Frédéric-Joliot et auteurs principaux de cette étude. Cette technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) de haut vol a pour objectif de permettre non seulement la segmentation (De manière générale, le mot segmentation désigne l'action de segmenter, le fait de se segmenter ou son résultat. En particulier, le mot est employé dans les domaine suivants :) des sous-structures de l'hippocampe humain, mais également d'en révéler les interconnexions neuronales en son sein et de déterminer des caractéristiques cellulaires, à savoir si telle région est riche en neurones ou en dendrites par exemple. "Nos clichés permettent d'obtenir une segmentation très précise des régions internes de l'hippocampe et de mesurer avec une grande fiabilité (Un système est fiable lorsque la probabilité de remplir sa mission sur une durée donnée correspond à celle spécifiée dans le cahier des charges.) les connexions qui les relient, ajoutent les deux chercheurs. Ils permettent aussi de caractériser la composition cellulaire de ces régions."

Cette étude effectuée sur une pièce anatomique post-mortem montre tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) le potentiel du futur IRM clinique à 11.7T qui est en cours d'installation à NeuroSpin. "Visualiser en haute définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) l'hippocampe, première zone du cerveau affectée chez les patients atteints de la maladie d'Alzheimer, permettra sans doute de grandes avancées pour le diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation, distinction“ et γν?ση, gnósi, „la connaissance“,...) et le développement de traitements", souligne Cyril Poupon. Et de conclure: "Sur le plus court terme, l'étude de cette hippocampe se poursuit en Allemagne, où les chercheurs de Jülich utilisent l'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui représentent des êtres ou des choses. La fabrication se faisait jadis...) optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) polarisée pour cartographier les connexions de l'hippocampe avec une résolution atteignant 1.3 µm dans le plan afin de confronter les résultats obtenus à partir des deux approches d'imagerie. C'est un travail de Titan (Cliquez sur l'image pour une description). Par ailleurs, forts de ces résultats préliminaires, nous avons d'ores-et-déjà démarré, en collaboration avec le Pr Christophe Destrieux de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la production du savoir (recherche), sa conservation et sa...) de Tours, un travail similaire pour cette fois-ci scanner (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du verbe anglais to scan, signifiant...) grâce à notre IRM 11.7T un cerveau entier à une résolution de 100 µm pour l'anatomie (L'anatomie (provenant du nom grec ἀνατομία anatomia, provenant du verbe...) et 200 µm pour l'IRM de diffusion, ce qui demandera près d'un an d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.). Ces données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) seront uniques au monde (Le mot monde peut désigner :) et permettront sans doute de faire de nouvelles découvertes sur l'organisation du cerveau humain à l'échelle cellulaire."


Cartographies anatomique (à gauche) et microstructurelle (à droite) montrant l'apport de la microscopie par IRM de diffusion pour l'identification des couches de l'hippocampe. En vert, les frontières peu précises des 3 couches I, II, III segmentées à partir des données anatomiques. En orange et en blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir l'article Corps noir). C'est la sensation visuelle obtenue avec un spectre lumineux continu, d'où l'image que l'on...), les frontières réelles des mêmes couches révélées par la cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support réduit...) de la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure...) dendritique obtenue par microscopie IRM de diffusion. © CEA

Note:
[1] Humain Brain Project est une collaboration internationale dédiée à la modélisation du cerveau humain à laquelle l'Institut Frédéric-Joliot du CEA participe. Jean-François Mangin, directeur de l'UNATI, en est le coordinateur pour les équipes de l'institut.
[2] Les gradients sont des variations spatiales du champ permettant d'encoder la position des mesures, mais aussi d'encoder le déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est...) des molécules d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) dans les tissus.


Références publication:
​Post‑mortem inference of the human hippocampal connectivity
and microstructure using ultra‑high field diffusion MRI at 11.7 T | Brain structure and function
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