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10 découvertes 2009

Une carte du cerveau en 20 minutes

[6] _mathématiques - Université de sherbrooke
Anne-Marie Simard - 27/04/2010
On est maintenant capable de cartographier notre matière blanche en un rien de temps! De quoi faciliter considérablement le diagnostic des maladies neurodégénératives…

Maxime Descoteaux est une sorte de géographe. Un géographe de notre tête. Le mathématicien et informaticien de 29 ans a réussi à améliorer une technique d’imagerie cérébrale existante, l’IRM de diffusion, pour dresser en un rien de temps une cartographie précise de notre cerveau. Sa découverte va aider à comprendre comment des maladies dégénératives comme l’alzheimer, la sclérose en plaques ou le parkinson affectent notre organe central.

Le cerveau est fait de matière grise – les neurones –, mais aussi de matière blanche. Cette dernière est composée de faisceaux de fibres nerveuses recouvertes d’une gaine protectrice de couleur blanche – la myéline –, qui relient entre elles les différentes parties de notre encéphale. Une sorte de réseau «routier» intracérébral. Pour étudier ce réseau, on utilise une technique appelée IRM de diffusion. «C’est un peu comme un Google map du cerveau», explique Maxime Descoteaux, professeur adjoint à l’Université de Sherbrooke.

Un Google map qui s’est raffiné au fil des ans. Aujourd’hui, on est capable d’aller vérifier dans quel état sont les fameuses fibres, comme si on voyait les nids-de-poule qui éventrent les routes! Cette carte est d’autant plus utile que les routes (ou les fibres) endommagées sont des signes avant-coureurs de plusieurs maladies neurodégénératives.

Pour atteindre ce degré de précision, l’appareil quadrille le cerveau en cubes de deux millimètres de côté. «Chaque cube peut contenir un demi-million de fibres qui s’entrecroisent», explique Maxime Descoteaux.

L’appareil prend ensuite d’autres mesures sur 500 points environ, pour dessiner à l’intérieur de chaque cube un autre fin quadrillage en trois dimensions.

Sauf que… pour avoir le temps de prendre toutes les mesures, le patient doit rester immobile dans la machine pendant près de deux heures. «Pour un parkinsonien qui a du mal à ne pas bouger, ce n’est pas évident, et les données que l’on tire de l’examen sont souvent inutilisables», déplore le chercheur.

C’est ici que le génie mathématique entre en jeu. En analysant les 500 points du quadrillage, Maxime Descoteaux s’est vite rendu compte que les données étaient redondantes. Pour simplifier tout ça, il a remplacé le fin quadrillage par un ensemble de sphères concentriques emboîtées les unes dans les autres à la manière des poupées russes. À la surface de chaque sphère, il place une cinquantaine de points.

En prenant les mesures d’une seule sphère, le jeune chercheur a réussi à dresser une cartographie rudimentaire de la matière blanche. Le tout en seulement quelques minutes. «Des spécialistes de partout dans le monde utilisent déjà ma méthode dans les hôpitaux. C’est très valorisant!»

Mais pour distinguer les nids-de-poule, il faut davantage de précision. Après des mois de calculs, le jeune crack des maths est arrivé à la conclusion que deux sphères pourraient suffire. «Et l’examen ne dure que 20 minutes», s’exclame-t-il. Pour son étude, présentée en juillet 2009 lors de l’International Conference on Information Processing in Medical Imaging, Maxime Descoteaux a obtenu le Erbsmann Award destiné aux chercheurs de moins de 35 ans. Une grande fierté pour le jeune homme que ses parents avaient toujours imaginé… médecin.

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