Atlas morpho-fonctionnel des noyaux gris centraux à partir d'Imagerie par Résonance Magnétique ex vivo ultra haute résolution

Ex vivo Basal ganglia morpho-functional atlas obtained from ultra-high resolution Magnetic Resonance Imaging

• Auteur / Autrice : Fanny Darrault
• Direction : Christophe Destrieux
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences de la Vie et de la Santé
• Date : Inscription en doctorat le 30/09/2022
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Imaging, Brain & Neuropsychiatry
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe 4 - Imagerie morphofonctionnelle et ultrasons thérapeutiques

Mots clés

Mots clés libres

IRM pondérée en diffusion

Atlas cerveau

Stimulation cérébrale profonde

IRM ultrahaute résolution

Connectivité

Brain atlas

Connectivity

Deep Brain Stimulation

Diffusion-weighted MRI

Ultra-high-resolution MRI

Résumé

Afin d'améliorer le repérage de cibles anatomiques et fonctionnelles pour la stimulation cérébrale profonde humaine et de tenir compte des réseaux fonctionnels impliqués, nous proposons de créer un atlas des noyaux gris centraux (NGC) reposant sur leur connectivité morphologique étudiée en Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) pondérée en diffusion. Nous utiliserons pour cela une méthode robuste (Connectivity-Based Parcellation, CBP) associée à deux jeux de données inédits déjà acquis post mortem sur une IRM préclinique à 11,7T (collaboration Neurospin, C Poupon). Ces données ont une résolution mésoscopique, de l'ordre de la centaine de um : - La CBP consiste à (1) segmenter le cortex cérébral en sous-régions anatomiques, (2) à étudier le profil de connectivité de chaque voxel des NGC avec ces régions corticales, et (3) à les regrouper en fonction de ce profil de connectivité. - Le premier jeu de données, déjà acquis, provient d'un encéphale de Macaca facicularis. Il permettra : (1) d'adapter la CBP à des données dont la résolution - et donc le poids - est multipliée par 1000 par rapport à l'imagerie clinique : 0,1x0,1x0,1mm versus 1x1x1mm (Mois 1-12) ; (2) de valider les résultats par comparaison à la large littérature animale disponible (Mois 13-15). - Le second jeu de données, acquis à la même résolution sur le même imageur IRM, provient d'un encéphale humain issu du don de corps à la science. Ces images exceptionnelles par leur définition mais aussi par la méthode utilisée (6000 heures d'acquisitions) sont déjà disponibles. La CBP sera utilisée pour produire des cartes morpho-connectiques des NGC (Mois 16-30). Les 6 mois restants seront consacrés à la rédaction de la thèse. Cette thèse produira un atlas des NGC humains reposant sur leur connectivité avec le cortex et donc sur les réseaux fonctionnels auxquels ils participent. Il devrait être largement utilisé dans la communauté des neurosciences et en pratique neurochirurgicale, notamment pour l'implantation des électrodes de stimulation cérébrale profonde. La thèse produira aussi un atlas des mêmes structures chez une espèce largement utilisée en expérimentation (M Fascicularis). La production d'atlas similaires dans les deux espèces devrait faciliter le transfert à l'homme de données expérimentales acquises chez ce primate.

We will develop a new atlas of the basal ganglia (BG) based on their morphological connectivity studied ex vivo by diffusion-weighted Magnetic Resonance Imaging (dMRI). Target localization for Deep Brain Stimulation (DBS) will benefit from such an atlas, including morphological and functional data (neural networks). We will use a robust method (Connectivity-Based Parcellation, CBP) and two datasets already obtained postmortem on a preclinical 11.7T magnet (collaboration Neurospin, C Poupon). This data has a mesoscopic resolution in the order of 0.1mm: - CBP consists of (1) parcellating the cerebral cortex in anatomical classes, (2) studying the connectivity of each BG voxel with these anatomical classes, and (3) creating clusters of BG voxels based on this connectivity profile. - The first dataset was obtained ex vivo from a brain of Macaca facicularis. It will allow : (1) to adapt CBP to data having a spatial resolution – and weight – multiplied by 1000 as compared to clinical data: 0.1x0.1x0.1mm versus 1x1x1mm (Months 1-12) ; (2) to validate CBP results by comparison to a large amount of animal data available in the literature (Month 13-15). - The second dataset was obtained from a Human Brain obtained from body donation and scanned on the same MR scanner at the same resolution. These images are unprecedented by the obtained spatial resolution and the method used (total scanning time: 6000 hours). CBP will be used to produce BG morpho-functional maps (Month 16-30). The six remaining months will be dedicated to the thesis redaction. This thesis will produce a human BG atlas lying on their connectivity to the cortex and the functional networks they are involved in. It will be extensively used in the neurosciences community and in the neurosurgery practice for choosing DBS targets. This work will also produce a BG atlas for a non-human primate (M Fascicularis) widely used for animal experimentation. Atlases obtained with the same method in two species will facilitate data transfer from monkey to humans.