L’hippocampe est une structure nichée au cœur du cerveau connue pour son rôle de premier plan dans les mécanismes de mémoire et d’apprentissage. Il s’agit aussi de la première zone dégradée dans la maladie d’Alzheimer. Si plusieurs études ont permis d’établir des atlas de l’hippocampe humain, peu d’études exploitant l’IRM ont été menées jusqu’à présent pour en caractériser l’organisation à l’échelle mésoscopique (=d’une centaine de micromètres de résolution). Dans le cadre du projet HBP[1] , des chercheurs de l’Institut Frédéric-Joliot, en collaboration avec le centre de recherche de Jülich, en Allemagne, ont observé un hippocampe humain post-mortem avec l’IRM préclinique 11.7T de NeuroSpin, offrant des images d’une résolution inégalée et reposant sur de nouvelles approches permettant d’en caractériser la composition cellulaire.
« Nous avons bénéficié d’un IRM très haut champ qui, combiné à des gradients[2] très élevés (780 mT/m), nous ont permis d’obtenir des clichés anatomique d’une résolution de 150 µm et en microscopie par IRM de diffusion avec une résolution de 300 µm, 30 fois plus précise que les imageurs utilisés dans les hôpitaux », expliquent Justine Beaujoin et Cyril Poupon, chercheurs à l’Institut Frédéric-Joliot et auteurs principaux de cette étude. Cette technologie de haut vol a pour objectif de permettre non seulement la segmentation des sous-structures de l’hippocampe humain, mais également d’en révéler les interconnexions neuronales en son sein et de déterminer des caractéristiques cellulaires, à savoir si telle région est riche en neurones ou en dendrites par exemple. « Nos clichés permettent d’obtenir une segmentation très précise des régions internes de l’hippocampe et de mesurer avec une grande fiabilité les connexions qui les relient, ajoutent les deux chercheurs. Ils permettent aussi de caractériser la composition cellulaire de ces régions. »
Cette étude effectuée sur une pièce anatomique post-mortem montre tout le potentiel du futur IRM clinique à 11.7T qui est en cours d’installation à NeuroSpin. « Visualiser en haute définition l’hippocampe, première zone du cerveau affectée chez les patients atteints de la maladie d’Alzheimer, permettra sans doute de grandes avancées pour le diagnostic et le développement de traitements », souligne Cyril Poupon. Et de conclure : « Sur le plus court terme, l’étude de cette hippocampe se poursuit en Allemagne, où les chercheurs de Jülich utilisent l’imagerie optique polarisée pour cartographier les connexions de l’hippocampe avec une résolution atteignant 1.3 µm dans le plan afin de confronter les résultats obtenus à partir des deux approches d’imagerie. C’est un travail de Titan. Par ailleurs, forts de ces résultats préliminaires, nous avons d’ores-et-déjà démarré, en collaboration avec le Pr Christophe Destrieux de l’Université de Tours, un travail similaire pour cette fois-ci scanner grâce à notre IRM 11.7T un cerveau entier à une résolution de 100 µm pour l’anatomie et 200 µm pour l’IRM de diffusion, ce qui demandera près d’un an d’acquisition. Ces données seront uniques au monde et permettront sans doute de faire de nouvelles découvertes sur l’organisation du cerveau humain à l’échelle cellulaire. »
Cartographies anatomique (à gauche) et microstructurelle (à droite) montrant l'apport de la microscopie par IRM de diffusion pour l'identification des couches de l'hippocampe. En vert, les frontières peu précises des 3 couches I, II, III segmentées à partir des données anatomiques. En orange et en blanc, les frontières réelles des mêmes couches révélées par la cartographie de la densité dendritique obtenue par microscopie IRM de diffusion. © CEA
[1]Humain Brain Project est une collaboration internationale dédiée à la modélisation du cerveau humain à laquelle l’Institut Frédéric-Joliot du CEA participe. Jean-François Mangin, directeur de l’UNATI, en est le coordinateur pour les équipes de l’institut.
[2] Les gradients sont des variations spatiales du champ permettant d’encoder la position des mesures, mais aussi d’encoder le déplacement des molécules d’eau dans les tissus.