Un nouvel atlas numérique en 3D révolutionnaire du cerveau

Imaginez pouvoir faire un zoom dans le cerveau pour observer diverses cellules, tout comme le zoom dans les cartes mondiales de Google permet de voir les maisons d’une rue.  N’oublions pas que le cerveau est considéré comme la structure la plus complexe de l’univers avec 86 milliards de neurones.  Il est maintenant possible d’effectuer un tel zoomage grâce à un nouvel atlas du cerveau dont la résolution est sans précédent.  BigBrain est le premier modèle microstructural du cerveau humain entier et il est accessible gratuitement et publiquement aux chercheurs du monde entier. Les résultats du modèle BigBrain, créé à l’Institut et hôpital neurologique de Montréal – le Neuro, de l’Université McGill en collaboration avec des chercheurs du centre Forschungszentrum Jülich, en Allemagne, sont publiés dans l’édition du 20 juin de Science.

« L’atlas BigBrain offre une résolution quasi cellulaire, c’est-à-dire des détails près de la cellule, une capacité qui n’existait pas auparavant en 3D pour le cerveau humain », indique Alan Evans, Ph. D., chercheur au Neuro, cofondateur du Consortium international de cartographie cérébrale et co-créateur de l’atlas. « Pour situer BigBrain, précisons que les données actuelles d’IRM ont une résolution spatiale 3D de 1 mm. Par comparaison, l’ensemble de données de BigBrain est 50 fois plus petit dans chaque dimension, ce qui procure une résolution spatiale inégalée.  L’ensemble de données de BigBrain est 125 000 fois (50 x 50 x 50) plus grand que des données types d’IRM et a un volume de 1 téraoctet, qui équivaut à 1000 Go. » Les chercheurs du monde entier pourront télécharger des sections du cerveau à partir du site Web de BigBrain bigbrain.loris.ca. BigBrain est façonné à partir de 7404 coupes histologiques du cerveau colorées afin d’isoler les corps cellulaires, puis numérisées, en tirant parti des progrès récents en informatique, en analyse d’images du cerveau, et de l’expérience de l’équipe dans le traitement de coupes histologiques complètes du cerveau.

L’avancée dans la résolution est analogue au passage des cartes au trait d’auparavant aux images par satellite de Google. Le zoomage d’anciennes cartes ne procurait pas plus de détails ou d’information.  De même, le zoomage de données d’IRM ne fournit pas plus de détails – il révèle seulement la pixellisation de 1 mm. L’atlas du cerveau BigBrain est l’équivalent du service Google Street View, la fonction de zoomage donne des éléments d’information qui n’étaient pas offerts avant en 3D. 

Les atlas actuels reposent sur des coupes histologiques et sont bidimensionnels. BigBrain redéfinit ces cartes traditionnelles de neuroanatomie, comme celles de Brodmann, en présentant une vue ultra-précise du cerveau au moyen de techniques 3D entièrement automatisées. Les atlas fondés sur des données d’IRM ne permettent pas l’intégration d’information à l’échelle des couches corticales, des colonnes corticales, des microcircuits ou de cellules plus grandes. BigBrain permet aux chercheurs de voir le cerveau à une de résolution 20 micromètres (1000 micromètres dans un millimètre).

Les possibilités d’exploration et d’analyse du cerveau humain de BigBrain sont innombrables. BigBrain peut servir à intégrer et à mettre en corrélation des données de diverses modalités : par exemple, génétique, neuroscience moléculaire, électrophysiologique et pharmacologique. BigBrain permettra et accélérera la modélisation informatique pour simuler des fonctions du cerveau, le développement normal du cerveau et sa dégénérescence causée par la maladie. BigBrain améliorera grandement l’importance et l’interprétation de données in vivo dynamiques de faible résolution obtenues par IRM et TEP, en permettant de les combiner avec les détails énormes et la résolution spatiale de l’atlas statique BigBrain. BigBrain améliorera les interventions neurochirurgicales, par exemple l’implantation d’électrodes de stimulation profonde du cerveau et fera avancer la recherche clinique, par exemple, pour localiser le site de l’épilepsie rebelle et certains types particuliers de cellules nerveuses. 

Ces travaux ont été subventionné par le Portfolio project “Supercomputing and Modeling for the Human Brain,”  et financé par l'association Helmholtz Allemagne, et le Human Brain Project, un projet FET Flagship.

Le Neuro

L’Institut et hôpital neurologiques de Montréal, le Neuro, est un centre médical universitaire unique qui se consacre aux neurosciences. Fondé en 1934 par le Dr Wilder Penfield, le Neuro a acquis une renommée internationale pour son intégration de la recherche, de ses soins exceptionnels aux patients et de sa formation spécialisée, essentiels à l’avancement de la science et de la médecine. À la fois institut de recherche et d’enseignement de l’Université McGill, le Neuro constitue l’assise de la mission en neurosciences du Centre universitaire de santé McGill. Les chercheurs du Neuro sont des chefs de file reconnus mondialement pour leur expertise en neurosciences cellulaire et moléculaire, en imagerie du cerveau, en neurosciences cognitives, ainsi que dans l’étude et le traitement de l’épilepsie, de la sclérose en plaques et de troubles neuromusculaires. Pour tout renseignement, veuillez consulter leneuro.com

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