mercredi 28 février 2018

Atlas Détaillé du Cerveau Humain – Dernières Avancées





Un groupe de scientifiques sont prêts à présenter les premiers résultats d'un projet conçu pour créer la première carte détaillée du cerveau humain.

La technologie d'imagerie cérébrale est en cours d'élaboration pour le projet Human Connectome (HCP). Les chercheurs collecteront également des informations génétiques et comportementales auprès des sujets afin de dresser un tableau complet des facteurs qui influencent l'esprit humain.

La carte du cerveau humain reçoit une mise à jour audacieuse


L'Institut Allen pour la science du cerveau à Seattle a créé une carte numérique complète du cerveau humain qui est disponible en libre accès et a été publié dans un numéro de 350 pages du Journal of Comparative Neurology en septembre 2016.

L'Atlas de référence du cerveau humain est la carte la plus structurellement complète du cerveau humain à ce jour. Il combine la neuro-imagerie avec l'analyse histologique de résolution de niveau cellulaire et la cartographie structurale experte.

Ce projet, qui a duré cinq ans, s'est concentré sur un seul cerveau post-mortem sain d'une femme âgée de 34 ans. Les chercheurs ont commencé par une vision générale : ils ont réalisé un scanner complet du cerveau en utilisant deux techniques d'imagerie (imagerie par résonance magnétique et diffusion pondérée), ce qui leur a permis de capter à la fois la structure du cerveau et la connectivité des fibres cérébrales.

Les chercheurs ont ensuite pris le cerveau et l'ont coupé en 2.716 tranches pour une analyse cellulaire approfondie. Puis ils ont coloré une partie des sections avec le colorant Nissl traditionnel pour recueillir des informations sur l'architecture cellulaire générale. Ils ont ensuite utilisé deux autres colorants pour marquer sélectivement certains aspects du cerveau, tels que les éléments structurels des cellules, les fibres de la matière blanche, et des types spécifiques de neurones.

Ils ont également prélevé plusieurs coupes colorées avec la coloration de Nissl et les ont utilisées pour cataloguer 862 structures cérébrales différentes, y compris de nouvelles sous-régions du thalamus et de l'amygdale, en plus de deux autres structures précédemment décrites chez des primates non humains.

L'étape clé dans la création de cet atlas cérébral complet était de combiner des données d'imagerie cérébrale à grande échelle et à haute résolution avec une cartographie détaillée au niveau cellulaire, en plus des annotations des chercheurs sur les structures cérébrales qu'ils ont identifiées.

Selon les chercheurs, cet effort marque une avancée substantielle dans la compréhension de l'anatomie du cerveau. Il n'y a jamais eu de carte complète du cerveau humain en tant que matériel de référence dans un espace disponible pour quiconque étudie une partie du cerveau, et ceci est une partie complètement essentielle à l'heure de faire une investigation.

L'atlas sera un outil particulièrement précieux pour les neurologues, qui peuvent l'utiliser comme un point commun de départ, puis ajouter des niveaux supplémentaires avec des annotations sur leurs critères de division du cerveau.

La carte complète est disponible sur Internet. L'atlas peut être consulté à travers un portail, où les gens peuvent naviguer et passer du niveau macro au niveau cellulaire.


Découverte de 97 nouvelles zones inconnues du cerveau humain


Des chercheurs de l'école de médecine de l'Université de Washington dans une nouvelle carte du cerveau à haute résolution, publiée dans la revue Nature en juillet 2016, découvrent 97 régions du cortex jusqu'ici inconnues : la zone responsable du langage, de la perception sensorielle et de la pensée abstraite, entre autres fonctions.

Ces 97 nouvelles zones du cortex cérébral s’ajoutent aux 83 zones que l’on connaissait déjà. Cette avancée pourrait contribuer à mieux comprendre notre fonctionnement cérébral et à faciliter le travail des neurochirurgiens.

Pour arriver à ce résultat, les chercheurs ont compilé les données de plusieurs analyses d’imageries cérébrales, menées sur 210 hommes et femmes, et ont effectué des tests afin de stimuler certaines régions du cerveau des participants. Si aucun cerveau ne se ressemble  il présente une structure et une grosseur de certaines zones différentes selon les personnes  le logiciel utilisé a permis aux scientifiques de découvrir ces 97 nouvelles zones dans le cerveau des volontaires.

De nombreuses régions n'ont pas une seule fonction, mais elles coordonnent les informations provenant de différentes sources pour réguler les comportements complexes.

Cette avancée nous permet d'avoir un atlas de référence qui permettra aux chercheurs intéressés par la structure du cerveau, ses fonctions et sa connectivité de travailler avec un cadre commun.

Les chercheurs soulignent que le travail permettra au reste de la communauté scientifique de progresser dans la compréhension des troubles tels que l'autisme, la schizophrénie et l'épilepsie. Grâce à la nouvelle carte détaillée, les scientifiques seront en mesure de comprendre les différences entre le cerveau des patients atteints de ces maladies et les personnes en bonne santé.


Carte du cerveau à l'échelle nanoscopique


Une équipe de l'Université Harvard, a réalisé une carte avec des images numériques à l'échelle nanoscopique du cerveau humain, publiée dans la revue Cell de juin 2015. Dans l'étude des aspects des connexions entre les axones et les dendrites ont été découverts, qui contredisent les idées sur les synapses les plus acceptées jusqu'à présent.

Le travail a impliqué la collaboration de 20 chercheurs d'institutions telles que le MIT ou l'Université Johns Hopkins, en plus de Harvard. Les différentes disciplines auxquelles appartiennent les scientifiques ont permis la création d'un projet commun qui a pris plus de six ans à être réalisé.

La nécessité d'observer le cerveau à plus grande échelle a conduit à l'utilisation de microscopes électroniques pour créer des images numériques de tissus et reconstruire des modèles 3D des axones, des dendrites et des synapses du processus. Les scientifiques devaient également créer une infrastructure numérique basée sur l'architecture du pipeline pour obtenir des images, ce qui prenait la plus grande partie du temps de développement du projet.

Une fois les images obtenues, l'équipe a construit avec elles une base de données qui permet d'observer les échantillons sans avoir à disséquer un vrai cerveau pour répondre à chaque question.

D'autre part, le détail du modèle suppose un grand avantage, puisque l'étude est réalisée sur de très petits échantillons, de l'ordre de 40x40x40 microns. Une fois cette image obtenue, l'équipe a travaillé jusqu'à la reconstruction d'une zone d'environ 1500 microns cubes : trois milliardièmes de cerveau d'une souris.

L'échantillon a produit 1500 synapses, à partir de 1500 cellules nerveuses qui ne travaillaient pas seulement avec les axones et les dendrites de cette partie du cerveau, mais aussi avec d'autres cellules adjacentes.

On pensait que les épines dendritiques recherchent des informations provenant d'autant d'axones différents que possible, mais ils ont trouvé de nombreux cas dans lesquels le même axone se connecte avec différentes épines de la même dendrite.

La découverte que les axones ne cherchent pas à se connecter avec des dendrites différentes, mais préfèrent souvent faire des connexions multiples avec lui (même si d'autres dendrites sont encore plus proches), montre que le processus n'est pas décontracté, mais suit quelques propres mécanismes qui n'ont pas encore été découverts.

Le consensus parmi les neuro-scientifiques était que la forme des épines dendritiques avait à voir avec l'activité électrique des axones. Cependant, parmi les axones qui se connectent avec plusieurs épines de la même dendrite, ceux-ci varient en largeur et en longueur, excluant que l'axone est responsable de ces changements.

L'importance des découvertes ouvre à la fois le chemin de l'espoir et le sentiment que beaucoup de travail sera encore nécessaire, et jette les bases et la méthodologie pour de nouvelles études dans ce domaine.


La carte 3D du cerveau humain est 50 fois plus détaillée


Des chercheurs de l'Université Heinrich Heine de Düsseldorf (Allemagne) et de l'Université McGill de Montréal (Canada) ont créé une carte du cerveau humain entièrement en 3D, publiée dans la revue Science de juin 2013.

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. 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.

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.

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 chercheurs du monde entier pourront télécharger des sections du cerveau à partir du site Web CBRAIN Portal.


Qu'est-ce qu'une cartographie cérébrale ?


Les techniques pour obtenir des images du cerveau ont atteint une grande précision grâce à la neuro-technologie moderne. De nos jours, il est plus facile de détecter des affections telles que l'épilepsie, le cancer ou la maladie d'Alzheimer grâce à des cartes du cerveau qui permettent de connaître le fonctionnement de cet important organe.

La cartographie cérébrale intègre à la fois des formes invasives  sans incision chirurgicale  et non invasive pour visualiser la fonction électrique du cerveau et la représenter graphiquement.


À quoi servent les cartes du cerveau ?


L'évolution des investigations sur le cerveau a fait de grands progrès à partir de 1968, quand il a été possible d'obtenir la première image non invasive de diagnostique de l'organe directeur du système nerveux. Les rayons X ont révolutionné la Médecine en permettant de voir en détail le sang et le cortex cérébral.

Cependant, à cette époque, il était inconcevable d'observer des régions et des structures internes liées à l'altération des mouvements et des troubles du sommeil, du comportement ou de l'apprentissage ; encore moins détecter avec précision une tumeur et comment elle affectait les zones proches.

Heureusement, les études détaillées de la cartographie cérébrale ont évolué et grâce à cela, il a été plus facile de connaître les réseaux neuronaux qui composent le cerveau, de déterminer son fonctionnement et de diagnostiquer les anomalies cérébrales.


Carte interactive 3D du cerveau humain


La carte interactive 3D complète du cerveau humain nous permet d'étudier à la fois son anatomie et la manière dont elle est affectée par de différentes maladies.

L'un des avantages du site Web est son fonctionnement simple. Rien d'autre pour accéder au web du projet, une explication complète du cerveau (en anglais) sera trouvée. Une représentation 3D du cerveau humain vous permet de cliquer sur les différentes zones du cerveau pour savoir de quelles parties s’agit-il.

Le web facilite également l'étude en profondeur de l'anatomie du cerveau. Pour ce faire, il suffit de cliquer sur le bouton situé en haut de l'interface et de sélectionner dans quelle zone voulons-nous nous concentrer (par défaut, tout le cerveau est étudié).

En outre, le web permet également de voir la manière dont les différentes maladies affectent le cerveau humain.

La carte interactive est accessible via le lien suivant.

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