Une grille en 3D du réseau de fibres dans le cerveau

Une nouvelle étude révèle que les trajets nerveux dans le cerveau sont organisés selon une grille très ordonnée comprenant trois couches en trois dimensions. Une cartographie spectaculaire.

Représentation des fibres nerveuses grâce à la technique d’IRM par diffusion. Van Wedeen, M.D., Martinos Center and Dept. of Radiology, Massachusetts General Hospital and Harvard University Medical School

Cette grille découverte grâce à une nouvelle technique d’IRM par diffusion représente un système de coordonnées naturelles qui permet de « lire » le cerveau comme une carte. Elle aidera les chercheurs à mieux comprendre la structure des zones cérébrales et leurs fonctions.

Le cerveau est fait de deux types de tissu : la matière grise composée de cellules nerveuses et la matière blanche faite de longs faisceaux de fibres interconnectées. Dans leur étude, publiée dans le revue Science, des équipes du Massachusetts General Hospital et de la Harvard Medical School montrent que la forme de ces faisceaux est organisée, géométrique et étonnamment simple.

Toutes les voies du cerveau composent une seule grille en trois dimensions comme un vêtement très replié. « Loin d'être un enchevêtrement de fils, les connexions du cerveau se révèlent plus comme des câbles qui se croisent à angle droit, comme dans la trame d'un tissu», expliquent les auteurs. « Cette structure de grille est continue et cohérente à toutes les échelles chez les êtres humains et les autres espèces de primates. »

Les chercheurs ont pu observer le trajet des fibres grâce à l’IRM par diffusion, une technique d’imagerie à haute résolution qui permet de détecter les mouvements de l’eau à l’intérieur des fibres et donc de déterminer leur position et arrangements. « Avant, nous connaissions juste les directions. Maintenant, nous avons une carte montrant comment tous les chemins et sentiers sont reliés entre eux », conclut Van J. Wedeen, un des auteurs de l’étude.

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À l’œil nu, la caractéristique la plus frappante du cerveau humain est son motif sinueux de bosses et de rainures. Mais au sein de ces courbes se trouve un treillis de fibres nerveuses qui se croisent presque à angle droit, selon une étude publiée le 30 mars (lien plus bas).

Le professeur Van Wedeen de l’hôpital général du Massachusetts, qui a dirigé l’étude, explique que ses résultats ont été un choc complet. “Je m’attendais à ce que cela soit un pur désordre”, dit-il. Au lieu de cela, il a trouvé une base régulière d’un modèle de fibres croisées, comme les fibres entrelacées d’un morceau de tissu.

Un zoom sur l’un de ses modèles de fibres entrelacées en forme de grille :

Les chercheurs ont utilisé une méthode récemment redéveloppée, appelée IRM de diffusion, pour déduire la position des fibres nerveuses dans le cerveau humain vivant, par la manière dont l’eau s’écoule à travers et autour d’elles. Ces analyses ont révélé un tissage ordonné de fibres, une organisation beaucoup plus simple que ne l’estimaient de nombreux scientifiques.

Les scans de quatre espèces de singes ont dévoilé un schéma similaire.

Cerveau de macaque :

Macaque rhésus :

Les chercheurs suggèrent que cette organisation en forme de grille peut être avantageux au cours du développement du cerveau, fournissant l’équivalent de marqueurs de voies sur une route (par exemple), pour aider les fibres nerveuses en croissance à trouver leur chemin vers la destination appropriée.

Les explication du Pr Van Wedeen de l’hôpital général du Massachusetts :

L’annonce sur le site de l’hopitale général du Massachussets : Discovery of organized, three-dimensional grid lays the groundwork for future investigations, l’étude publiée sur ScienceAAAS : The Geometric Structure of the Brain Fiber Pathways.