Une nouvelle technique d’imagerie cérébrale

Directions des fibres nerveuses codées par couleur dans la section du cerveau obtenues à partir de l’imagerie optique de diffusion (SLI, à gauche) et de la diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS, à droite). Crédit : TU Delft

L’imagerie par lumière dispersive (SLI) fournit une méthode rentable et à haute résolution pour cartographier les connexions neuronales dans le cerveau. Cette technique, qui consiste à analyser les schémas de diffusion de la lumière dans de fines tranches de cerveau, fournit des résultats plus détaillés que les méthodes actuelles telles que l’IRMd, et est plus accessible et plus rapide que le SAXS.

Le démêlage du réseau complexe de fibres nerveuses du cerveau est rendu accessible grâce à l’imagerie optique de diffusion (SLI): des chercheurs de Delft et Julich (Allemagne) et de Stanford (États-Unis) ont combiné avec succès la diffusion de la lumière des rayons X avec l’IRM pour caractériser les voies des fibres nerveuses, ainsi comme dans les zones avec des fibres fortement entrelacées. Le SLI a révélé des pistes dans les moindres détails, tout en étant beaucoup plus rapide et moins cher que les techniques de rayons X et d’IRM. Cette cartographie détaillée est essentielle pour une meilleure compréhension de la façon dont les fibres nerveuses sont connectées dans le cerveau.

voies dans le cerveau

Différentes régions du cerveau sont reliées entre elles par des milliards de fibres nerveuses. Ces connexions sont essentielles au bon fonctionnement du cerveau. La recherche d’une carte complète de toutes les connexions nerveuses dépend essentiellement des techniques d’imagerie capables de démêler ces fibres, dont la plupart ne mesurent qu’un micromètre d’épaisseur. Les zones avec des fibres nerveuses très denses et entrelacées présentent un défi particulier. Miriam Menzel, professeure adjointe au département de physique de l’imagerie à la TU Delft, a développé la technique SLI pour étudier ces constellations de fibrilles : « Nous faisons briller la lumière sous différents angles à travers des tranches de cerveau très fines et analysons les modèles de diffusion qui en résultent. Nous ne prenons pas une image des neurones ou des synapses. Nous voulons savoir comment ils sont câblés. C’est important pour comprendre le fonctionnement et le dysfonctionnement du cerveau.

Plus accessible, moins cher et plus rapide

La diffusion des rayons X aux petits angles (SAXS) est une méthode bien établie en science des matériaux pour observer comment différentes structures sont organisées à l’aide du synchrotron, tandis que l’imagerie par résonance magnétique de diffusion (dMRI) est une technique importante dans les cliniques pour visualiser les trois réseau dimensionnel de fibres nerveuses dans le cerveau. « Nous avons maintenant montré que les données SLI sont cohérentes avec celles du SAXS et de l’IRMd dans les tranches de cerveau examinées, mais le SLI offre une résolution plus élevée que l’IRMd et est plus accessible, moins cher et plus rapide que les autres techniques. C’est une étape importante », déclare Menzel Nous pouvons effectuer des mesures SLI avec une simple source de lumière LED et une caméra en quelques secondes seulement, et cela ne nécessite ni un million de scanner synchrotron ni un scanner IRM. En tant que système portable, il peut facilement être placé dans des laboratoires de pathologie pour faciliter la recherche clinique. »

résolution microscopique

Menzel a passé ces dernières années à travailler sur la technologie SLI, d’abord à Jülich et maintenant à Delft. Elle l’a également réalisée à Stanford, où ses collègues chercheurs ont effectué des mesures SAXS et dMRI sur des échantillons de cerveau qui ont également été imagés à l’aide de SLI. « La plupart des techniques d’imagerie ont du mal à distinguer les voies individuelles dans les structures cérébrales denses qui contiennent de nombreuses fibres nerveuses entrelacées ou enchevêtrées », explique Menzel. « Le SLI a fourni des cartes d’orientation des fibres à une résolution microscopique dans ces régions denses. » En particulier, les directions des fibres 2D (« intérieures ») ont été caractérisées à haute résolution.

prochaines étapes

« Être à Delft offre des opportunités passionnantes pour développer davantage la technologie et travailler sur de nouvelles applications », déclare Menzel. L’équipe prévoit également d’appliquer le SLI à d’autres types de fibres, telles que les fibres musculaires et de collagène, et d’élargir la zone de tissu pouvant être étudiée. L’objectif est de développer un petit système portable qui peut être facilement déployé dans d’autres laboratoires. « À long terme, nous espérons également mettre en œuvre cette technologie dans les cliniques.

Référence : « Utilisation de la diffusion de la lumière et des rayons X pour démêler les directions neurales complexes et valider l’IRM de diffusion » par Miriam Menzel, David Grisel, Ivan Rajkovic, Michael M. Zenh, Marius Georgiadis 11 mai 2023, disponible ici. eVie.
DOI : 10.7554/eLife.84024