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50 défis

Dresser la carte des connexions neuronales

[Défi 08] Les maladies neurodégénératives, comme l’alzheimer ou la sclérose en plaques, affectent plus de un demi-million de personnes au pays. Mieux lire dans le cerveau va nous aider à les diagnostiquer.

11/10/2012

Maxime Descôteaux
Département d’informatique de l’Université de Sherbrooke

Connectome
                                                                           © Université de Sherbrooke

Carte mystère

Le «connectome», c’est l’ensemble de toutes les connexions du cerveau, neurone par neurone. Les spécialistes mettront un siècle à l’élaborer.
Par Anne-Marie Simard

Ça ressemble à un hérisson qui se serait coincé la patte dans une prise électrique. Ces longues fibres, reproduites sur des clichés d’imagerie médicale, montrent le cerveau comme on ne l’a jamais vu. C’est la matière blanche qui doit sa teinte immaculée (avant la coloration ajoutée par les informaticiens) à la myéline, une substance grasse qui recouvre les fibres nerveuses.

Cette trame est en quelque sorte le réseau routier du cerveau. «Sur une carte, la matière grise (les neurones) correspondrait aux villes et aux villages, explique Maxime Descôteaux, du département d’informatique de l’Université de Sherbrooke. La matière blanche, ce sont les routes et les autoroutes.»

Maxime DescôteauxCe dessin du réseau de communication ultra rapide n’est que l’esquisse d’un tout plus complexe qui porte un joli nom, le «connectome». Lorsqu’il sera complété, il constituera le plan complet de toutes les connexions cérébrales, soit chacune des synapses reliant entre eux les centaines de milliards de neurones. On ne verra plus seulement les routes, mais aussi les entrées de garage et les stationnements!
Reproduire cet enchevêtrement complexe, c’est le but du «Projet du connectome humain», une vaste collaboration internationale dont fait partie Maxime Descôteaux.

«C’est la mission du XXIe siècle pour tous les chercheurs en neuroscience», affirme l’informaticien-mathématicien que sa famille rêvait de voir devenir médecin (sa mère était pédiatre).

Si le séquençage du génome est une des grandes réussites de la biologie, la carte du connectome promet de révolutionner notre manière de comprendre l’humain. «Notre génome est à 99% semblable à celui du singe. Les différences sont ailleurs, peut-être dans le connectome, justement. Si on arrivait à connaître l’ensemble des connexions entre tous les neurones d’une personne, on aurait son empreinte à l’échelle la plus fine qui soit.»

Le but ultime de Maxime Descôteaux, c’est d’en arriver à voir, dans nos circuits neuronaux, les nids de poule et les plus petites fissures. Car ces atteintes aux fibres nerveuses seraient les signes avant-coureurs de maladies neurodégénératives, comme la sclérose en plaques ou l’alzheimer. Les dépister pourrait aider grandement au diagnostic de ces maladies irréversibles.

Maxime a déjà posé plusieurs pierres à cet édifice qu’il faudra près d’un siècle à bâtir. Ainsi, jusqu’à il y a quelques années, pour cartographier le cerveau d’un patient, ce dernier devait rester immobile pendant deux heures dans un appareil d’IRM. Grâce à une série d’astuces mathématiques, qui ont déjà fait l’objet d’un article dans le palmarès des Découvertes de l’année de Québec Science (février 2010), le chercheur a réussi à réduire ce temps à 12 minutes, tout en améliorant la qualité des images. «Si on prend l’analogie des routes, disons que, maintenant, on ne voit pas que la 10 et la 20, mais aussi les viaducs, les petits chemins de terre et les embranchements.»

Aujourd’hui, à Sherbrooke, avant d’opérer un patient atteint d’une tumeur au cerveau, le neurochirurgien David Fortin fait, avec Maxime, un examen de ses con­nexions neuronales: «On regarde si les fibres contournent la tumeur ou si elles s’y infiltrent. Dans ce cas, le chirurgien attaquera la tumeur sous un autre angle ou en laissera une petite partie.»

Plus que les généreuses subventions et les honneurs qui pleuvent sur lui depuis quelques années, Maxime tire sa satisfaction de l’aide qu’il apporte aux malades: «Pour un matheux, voir que son travail peut changer la vie des gens, c’est un peu la consécration.»


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