haute résolution des connexions du cerveau

Les quelque dix milliards de neurones concentrés dans le cortex cérébral, la couche superficielle du cerveau où se déroulent les pensées conscientes, communiquent entre eux par des fibres nerveuses en très grand nombre, les axones. Leur ensemble constitue ce que l'on appelle la substance blanche, occupant l'essentiel du volume du cerveau.

Cette connectique globale joue un rôle fondamental dans le fonctionnement du cerveau mais elle est pourtant difficile à visualiser. Les méthodes d'imagerie traditionnelle (tomographie et imagerie par résonance magnétique nucléaire, ou IRM) révèlent en effet très bien l'anatomie des structures formées d'ensembles de neurones mais elles ne permettent pas de suivre individuellement le chemin des fibres nerveuses.

Une équipe internationale a fait beaucoup mieux en utilisant une technique nouvelle, la DSI (Diffusion Spectrum Imaging), une variante de l'IRM. La résonance magnétique nucléaire classique fournit une image en montrant la répartition des molécules d'eau. En effectuant plusieurs mesures sous différents angles, il est possible de repérer les mouvements de ces molécules et d'en déduire leurs directions. A l'échelle d'un petit volume (on parle de voxel, par analogie avec le pixel), on peut calculer un tenseur, c'est-à-dire, au sens mathématique du terme, un vecteur à plusieurs dimensions, décrivant ces directions. Les inhomogénéités de ces mouvements entre voxels voisins indiquent une diffusion préférentielle des molécules selon une certaine direction, trahissant par exemple la présence d'un axone. Ce principe, étudié depuis plusieurs années, est décliné en plusieurs versions. On parle également de DTI (Diffusion Tensor Imaging).

Un monde à découvrir

Les possibilités ouvertes viennent d'être brillamment démontrées dans un article de la revue PlosBiology par ces chercheurs de l'université de l'Indiana, du Centre hospitalier de l'université de Lausanne et de l'Ecole Polytechnique de Lausanne. La publication (librement accessible) inclut une image d'une carte tridimensionnelle d'un cerveau humain, montrant les connexions entre toutes les parties du cortex. Les biologistes décrivent un certain nombre d'observations qu'ils ont réalisées, étudiant pour chaque région les densités de fibres, leurs provenances et leurs destinations. L'équipe a ainsi mis en évidence l'existence d'une sorte de hub central, mettant en relation de nombreuses régions du cerveau.

Ces observations, obtenues aux premiers tours de roues de cette technique, sont extrêmement prometteuses. C'est un nouveau monde à découvrir qui s'étend désormais devant les neurologues. Il faudra notamment explorer ainsi des individus atteints de pathologies mentales, comme la maladie d'Alzheimer ou la schizophrénie. « Le cerveau qui a été étudié depuis des années avec les techniques conventionnelles de l'IRM et de la tomographie n'est pas le cerveau réel, résume abruptement pour la revue Technology Review Van J. Wedeen, du Massachusetts General Hospital (Boston), qui a participé à l'étude. Nous n'avons vu que des ombres à la surface ».


La carte en 3D montre les connexions entre les régions connues du cortex cérébral humain. Courtesy of Indiana University