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Magalie Quet - 28/06/2017

À Saclay, les chercheurs vont pouvoir étudier le cerveau en très haute résolution

L'aimant IRM du centre de recherche NeuroSpin du CEA Saclay (Essonne) pèse 130 tonnes et produit un champ magnétique de 11,7 teslas. - CEA

Après six années de construction et plus de quatorze jours de transport, le plus gros scanner IRM[i] humain, le projet Iseult, a rejoint fin mai le centre de recherche Neurospin à Saclay. Equipée du plus puissant aimant du monde, générant un champ magnétique record de 11,7 tesla[ii], cette IRM pourra explorer le cerveau de l’Homme avec une précision encore jamais atteinte. L’équipe-projet Parietal du centre Inria Saclay – Île-de-France, commune avec le CEA[iii] et hébergée au centre de recherche NeuroSpin, pourra d’ici quelques mois travailler sur ce mastodonte de technologies et pousser encore plus loin les études sur le cerveau.

À la découverte du cerveau avec Parietal

L’équipe-projet Parietal travaille sur la modélisation de la structure, du fonctionnement et de la variabilité du cerveau à partir d’IRM à haut champ. Autrement dit, les chercheurs de l’équipe s’intéressent à « l’étude du cerveau par l’image du cerveau » explique Bertrand Thirion, responsable de l’équipe.

Pour cela, une partie de Parietal travaille sur des IRM dites fonctionnelles. Contrairement à une IRM anatomique qui permet de visualiser la structure du cerveau - laquelle évolue très lentement, à l’échelle d’années –  l’IRM fonctionnelle permet d’étudier l’oxygénation du sang dans le cerveau, au cours du temps, sur un sujet que l’on soumet à une tâche cognitive (lire, écouter, parler…). Dans les zones activées par la tâche, une petite augmentation de la consommation d'oxygène par les neurones est surcompensée par une augmentation de flux sanguin. L’IRM fonctionnelle permet d’enregistrer ces modifications de flux : ces données peuvent être traitées, débruitées et reconstruites grâce aux logiciels développées par l’équipe Parietal, ce qui permet de visualiser l’activité neurale des différentes zones stimulées.

Améliorer la résolution et le traitement de l’image

Avec les technologies dont l’équipe  dispose aujourd’hui, il est par exemple possible d’acquérir 1 image toutes les 2 secondes à un niveau de résolution de 1500 microns [i] (1,5 millimètre), ce qui génère plus d’un million de points pour couvrir l’intégralité du cerveau. Parietal travaille sur des imageurs à hauts champs qui s’appuient sur un champ magnétique de 3 et même 7 teslas, mais l’imagerie à très haute résolution reste trop coûteuse en temps d’acquisition et manque de sensibilité. Une partie de l’équipe, pilotée par Philippe Ciuciu, CEA, fait actuellement une recherche de pointe sur l’échantillonnage compressif, ou compressed sensing , une technique permettant de reconstruire les mêmes images mais à partir de moins de mesures , donc beaucoup plus rapidement.

Concrètement, cette technique consiste à n’acquérir que certains points de l’image et à reconstituer l’ensemble des mesures grâce aux points acquis. L’échantillonnage compressif nécessite un travail sur le choix des paramètres d’acquisition et de reconstruction afin d’échantillonner au mieux l’espace des mesures et de reconstruire le plus fidèlement possible les images.

De cette manière, l’équipe a démontré qu’il est « possible d’acquérir dix fois moins de données tout en ayant à la fin la même qualité d’image » précise Bertrand Thirion.

Bientôt, le cerveau en très haute résolution

Plus le champ magnétique d’une IRM est élevé, plus la résolution des images est grande. Capable de générer un champ magnétique de 11.7 teslas, ce qui est un record mondial, le nouvel imageur ultra puissant du projet Iseult permettra d’obtenir des images du cerveau en très haute résolution . Et le travail de l’équipe Parietal sur les techniques d’échantillonnage compressif vise à rendre possible la reconstruction de ces images en conservant leur haut niveau de qualité, à partir de relativement peu de mesures et en un temps raisonnablement court.

« Avec ces nouvelles technologies de pointe et l’avancée de nos recherches, nous devrions probablement être en mesure, d’ici une dizaine d’années, de visualiser le cerveau à un niveau de résolution de 200 à 500 microns, ce qui permettrait de s’approcher de la taille de la colonne corticale, un groupement de neurones situés dans le cortex cérébral qui forme une sorte d’unité fonctionnelle » explique Bertrand Thirion. 

Si l’aimant a pris place dans une des arches du bâtiment de NeuroSpin, spécialement édifiée pour l’abriter, il faudra sans doute encore de nombreux mois pour installer l’ensemble de l’IRM et obtenir les premières images. L'aimant devrait progressivement monter en champ magnétique à partir du mois de septembre. La première acquisition chez l'Homme ne sera réalisée qu'après une phase de tests de plusieurs mois.

 

[i]  IRM – Imagerie à Résonnance Magnétique

[ii] Tesla (T) – Unité de mesure du champ magnétique. Sur la Terre, le champ magnétique est de 31 µT à l'équateur (latitude de 0°).

[iii] CEA – Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives

[iv] Micron – Unité de mesure correspondant à 0,001 millimètre

Mots-clés : Neurospin Inria Saclay - Île-de-France CEA Parietal

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