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Les 10 découvertes de 2013

BigBrain: un guide pour voyager dans le cerveau

26-11-2013

Pour réaliser leur carte cérébrale, les chercheurs ont dû découper un cerveau en 7 404 tranches! Image: Centre d’imagerie cérébrale, McGill

BigBrain. Comme big bang. Comme Big Science, ça sonne gros, ça annonce de grandes choses. BigBrain c’est le nom d’une représentation graphique 3D extrêmement fine de l’encéphale qu’ont mise au point le spécialiste en neuro-imagerie Alan C. Evans et ses collègues de l’Institut et hôpital neurologiques de Montréal, en partenariat avec une équipe du Centre de recherche de Jülich, en Allemagne.

Cinquante fois plus précise que les cartes réalisées grâce à la résonance magnétique, BigBrain a une résolution de 20 micromètres – ce qui s’approche de la taille d’une cellule.
En juin dernier, l’équipe publiait un article sur le sujet dans la revue Science. La nouvelle a provoqué un véritable engouement: le texte a été téléchargé près de 14 000 fois! Le professeur Evans est encore sous l’effet de la surprise. Et dire que cette nouvelle façon de cartographier, qui s’avérera sans doute indispensable aux neurochirurgiens, n’en est qu’à ses débuts.

L’histoire de BigBrain commence en 2006, quand les chercheurs allemands de Jülich s’attaquent au problème de la représentation graphique du cerveau. Ils prélèvent le cerveau du cadavre d’une sexagénaire. Après avoir coulé l’organe dans la paraffine, ils le découpent à l’aide d’un microtome, sorte de trancheuse extrêmement précise. Ils obtiennent 7 404 rondelles de 20 micromètres d’épaisseur. Plus fines qu’un cheveu! Puis ils numérisent les tranches de cerveau au scanner. Deux ans de travail minutieux.

Une fois colligées toutes les données recueillies par les experts allemands, l’équipe de Montréal entre en scène. C’est la deuxième phase du projet. Les chercheurs transforment la série de tranches numérisées en un modèle virtuel. « Il y avait une quantité incroyable d’informations! En clair, un téraoctet de données. C’était un véritable bordel, rigole le spécialiste en neuro-imagerie. Nous n’avions pas réalisé que ce serait si long à traiter.»

Le premier problème auquel ils se bu­tent, c’est que les tranches sont tellement minces qu’elles se plient, s’étirent ou se déchirent. Résultat: beaucoup de manipulations et plusieurs trous dans les images numérisées. Au point qu’il faut dessiner certaines parties au moyen d’un logiciel, comme avec Photoshop – bien connu des gra­phistes –, ou faire appel à l’interpolation, c’est-à-dire reconstruire une section manquante à partir de la moyenne des images adjacentes. Après moult ajustements, le cerveau apparait enfin en 3D.

Maintenant, on veut pouvoir s’y balader, suivre les neurones comme on le ferait dans les rues d’une ville au moyen de Google Maps. Pour cela, les scientifiques ont procédé à une décomposition hiérarchique. «Lorsqu’on zoome sur une carte virtuelle, l’image est floue, explique Alan C. Evans. Elle devient claire uniquement quand on arrête de zoomer. C’est exactement de cette manière que fonctionne BigBrain. Et nous, on le fait en 3D.» Une innovation rendue possible grâce au savoir-faire de Louis Borgeat, concepteur de logiciels au Conseil national de recherches Canada.
Le nouvel outil est déjà accessible gratuitement sur le Web pour les chercheurs du monde entier. Prochaine étape? «Voir le cerveau cellule par cellule», répond l’explorateur.

 

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