Dépliée, la surface du cortex humain atteindrait plus de 2 m². Dans la boîte crânienne, le cortex est plissé jusqu'à former un relief complexe dont la géométrie varie d'un individu à l'autre. Les microcéphalies¹ sont fréquemment associées à des malformations cérébrales. Mais dans certains cas, le cerveau présente une architecture d'aspect normal malgré la forte réduction de volume. Les chercheurs du CEA-I2BM, en collaboration avec le CNRS de Marseille et plusieurs centres hospitalo-universitaires², se sont intéressés à ce dernier type de microcéphalies. Leur objectif est de mieux les caractériser. Ils ont ainsi mis au point une méthode d'analyse mathématique de la courbure corticale similaire aux méthodes d'analyse des oscillations d'un signal sonore : l'analyse spectrale. Elle fait appel à la neuroimagerie assistée par ordinateur et permet d'appréhender quantitativement la complexité du plissement, une donnée sinon très subjective, en révélant l'intrication des plis primaires, secondaires et tertiaires du cortex. Les chercheurs ont ensuite modélisé l'effet général de la taille du cerveau sur la complexité du plissement pour explorer au mieux des cerveaux aussi petits.

Cette méthode a été testée chez 3 groupes d'adolescents et de jeunes adultes présentant une microcéphalie liée à trois causes différentes, à savoir une exposition prénatale à l'alcool, la mutation du gène ASPM entraînant une microcéphalie autosomique récessive, ou la mutation du gène PQB1 responsable d'une microcéphalie syndromique liée au chromosome X. Il apparaît que ces microcéphalies présentent des degrés différents de simplification du plissement cortical. Pour celles associées à une alcoolisation fœtale, le niveau de simplification est celui attendu pour le volume cérébral. En revanche, les microcéphalies liées à des mutations du gène ASPM affichent une simplification du plissement cortical plus marquée qu'attendu et, à l'inverse, celles liées aux mutations du gène PQB1 montrent une simplification moins marquée.

Analyse spectrale (en bas) de trois images IRM (en haut) issues de patients ayant une microcéphalie dues à 3 causes distinctes. A gauche, une microcéphalie liée aux mutations du gène ASPM ; au centre, une liée à une alcoolisation fœtale ; à droite, une liée aux mutations du gène PQB1.

L'analyse spectrale des images du cortex en IRM a donc démontré qu'il existe des variations de la complexité du plissement au-delà de celle induite mécaniquement par la variation de volume du cerveau et que ces variations subtiles pourraient être spécifiques de certaines causes de microcéphalie. Les chercheurs mettent donc en évidence ce que l'œil seul ne distingue pas. Ils travaillent actuellement à l'application de cet outil à l'analyse du développement cérébral des fœtus et des bébés prématurés afin de mieux caractériser les premières phases du développement cortical et d'obtenir de nouveaux marqueurs précoces caractéristiques d'une bonne ou d'une mauvaise croissance cérébrale.

1. On parle de microcéphalie quand le périmètre crânien est inférieur d'au moins 3 écarts-types, ou déviations standards, par rapport à la mesure normale établie en fonction de l'âge et du sexe.
2. Hôpital Robert Debré à Paris, Hôpital Femme Mère Enfant de Lyon, CHU de la Réunion.