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Résultat scientifique | Cerveau

Organisation de la matière blanche : diviser en sous-populations pour mieux la représenter ?


​Des chercheurs du laboratoire GAIA (UMR BAOBAB / NeuroSpin) ont développé une stratégie de cartographie des fibres de la matière blanche superficielle permettant de démêler la variabilité de son organisation à l'aide d'une stratification de la population basée sur des « tractogrammes » régionaux dérivés de données d’IRM de diffusion. 

Publié le 4 juillet 2022

​Variabilité de l'organisation des faisceaux de matière blanche

Le cerveau des mammifères, et de l’Homme en particulier, présente un plissement complexe, qui se met en place pendant le développement fœtal. Ce plissement contraint les trajectoires des axones des neurones organisés en faisceaux (matière blanche). La variabilité entre individus des circonvolutions et sillons entraine, de fait, une variabilité dans l’organisation, la géométrie des faisceaux de matière blanche. Pour les faisceaux longs, ces variations sont surtout sensibles à leurs extrémités et n’impactent que peu leur trajectoire globale. Il est donc relativement aisé d’établir des atlas de ces faisceaux longs. Comparativement, les faisceaux courts sont impactés presque sur toute leur longueur. Pour les chercheurs qui étudient leurs trajectoires, le travail est donc particulièrement délicat lorsqu’il s’agit de les modéliser et d’avoir un atlas représentatif correct. Comment s’affranchir de cette variabilité interindividuelle ? 

Une nouvelle stratégie pour cartographier les faisceaux courts

L’équipe Gaia (UMR BAOBAB/NeuroSpin) propose une stratégie de cartographie des faisceaux de la matière blanche superficielle entourant un ou quelques sillons du cortex. Elle vise à constituer dans un premier temps des sous-groupes homogènes au sein de la population générale pour lesquels la géométrie régionale des fibres est semblable.

Les auteurs ont utilisé les données d’IRM de diffusion (IRMd) de 897 sujets (adultes sains et en bonne santé) issues de la base de données du Human Connectome Project (HPC). L’IRMd explore les micromouvements des molécules d’eau (plus ou moins contraints en fonction de l’environnement local) et permet de reconstituer le trajet de fibres nerveuses (on parle de tractographie), la diffusion de l’eau dans les axones étant anisotrope et orientée dans le sens des fibres. Les chercheurs ont ainsi obtenu un atlas pour chaque sous-groupe homogène. Ils démontrent que la principale source de variabilité de l'organisation régionale des fibres est bien la variabilité du plissement régional. De plus, pour chaque groupe, ils identifient de manière automatique les faisceaux les plus stables avec un niveau de granularité plus élevé que ce qui peut être obtenu par une approche utilisant la population entière non stratifiée.

Dans une deuxième étape, la famille d'atlas est réduite à un atlas de la population entière. Une procédure d'appariement des atlas est effectuée pour obtenir une description cohérente de la géométrie de la substance blanche dans l'ensemble de la population.

Les chercheurs fournissent une preuve de concept de cette stratégie basée sur la stratification à travers la cartographie des faisceaux de fibres courtes entourant deux sillons spécifiques : le sillon central et le sillon temporal supérieur.


Contact Joliot :

Jean-François Mangin (jean-francois.mangin@cea.fr)


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