Lorsque les meilleurs esprits de la planète en imagerie du cerveau se rencontrent, cela peut entraîner des révélations scientifiques hors du commun. Un regroupement de 20 équipes internationales vient de démontrer qu’il existe l’équivalent de « bouchons de circulation » dans le cerveau. Cette importante découverte a été publiée dans la revue scientifique Nature Communications le 7 novembre 2017.

L’imagerie par résonnance magnétique

Pour arriver à ce constat, il faut être en mesure de cartographier la circuiterie du cerveau et ses connexions, aussi appelées le connectome structurel humain. Il n’existe qu’une seule technique non invasive : l’imagerie par résonnance magnétique de diffusion (IRMd). Née il y a à peine 20 ans, cette technologie de cartographie utilisée dans les hôpitaux engendre cependant des défis colossaux sur le plan computationnel (modèles mathématiques et outils informatiques). À l’aide de cette technologie, ces chercheurs viennent de démontrer une complexité du cerveau jusqu’ici inconnue. Les nouvelles techniques de cartographie cérébrales vont maintenant tenir compte de cette nouvelle connaissance que nous avons du cerveau humain.

Un concours pour partager le savoir

Pour partager les avancées de pointe dans le domaine de la cartographie du cerveau, ces informaticiennes et informaticiens ont organisé un concours international de cartographie, dans le cadre de la conférence annuelle de l’International Society for Magnetic Resonance in Medicine (ISMRM). Le concours a eu lieu en juin 2015, à Toronto.

Les équipes utilisaient, pour la première fois, un modèle de cerveau, d’un grand réalisme, pour tester leur algorithme de cartographie.  Grâce à ce concours, plus d’une centaine de techniques de pointe pour cartographier le cerveau ont été partagées. Or, lorsque les données ont été comparées, il a été découvert que toutes ont un grave problème en commun : elles créent un grand nombre de fausses connexions. Des routes inexistantes dans le cerveau! Mais, pourquoi? « Nous avons découvert que le cerveau était composé de certains “bouchons de circulation”, explique Maxime Descoteaux, professeur-chercheur au Département d’informatique de l’Université de Sherbrooke et au Centre de recherche du CHUS, dernier auteur et auteur de correspondance de l’article. Comme une voiture arrivant à un important carrefour giratoire ou sur un pont, il existe plusieurs chemins possibles à la sortie de ces configurations de routes. Il est donc très facile pour un conducteur de se perdre. Dans les cerveaux, les configurations complexes de nos connexions peuvent, elles aussi, tromper facilement les techniques de cartographie qui traversent ces bouchons de circulation ».

L’importance de la cartographie du cerveau

Cette découverte est extrêmement importante pour la compréhension de la circuiterie cérébrale et la compréhension de l’échange d’information dans le cerveau humain. Cette percée pointe aussi vers le besoin d’une révolution algorithmique pour la cartographie du connectome humain qui devra tenir compte de cette complexité accrue.

« La cartographie du connectome, un peu comme un “Google Maps” du cerveau, mènera non seulement à des découvertes importantes sur le cerveau sain, mais aussi à un progrès spectaculaire dans le diagnostic des tumeurs cérébrales, des maladies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer et le Parkinson, des commotions cérébrales et de l'autisme », conclut le professeur Maxime Descoteaux.

Une nouvelle Chaire de recherche en neuroinformatique

Depuis peu, l’Université de Sherbrooke s’est dotée d’une Chaire de recherche en neuroinformatique. Dirigée par le professeur-chercheur Maxime Descoteaux, cette nouvelle chaire compte « cartographier le cerveau humain » afin permettre aux médecins et aux chirurgiens d’intervenir de façon plus précise et moins invasive lorsqu’ils ont à poser des diagnostics ou à traiter certaines maladies liées au cerveau. Pour ce faire, l’informaticien peut compter sur une équipe multidisciplinaire unique composée d’informaticiens, de mathématiciens, de physicien, de neurologues ainsi qu’une résidente en médecine. Le côté interdisciplinaire des recherches, qui est au cœur de la voie d’avenir de la neuroinformatique, permet ainsi de répondre à des besoins cliniques, ainsi qu’à la recherche biomédicale.