​Les Hommes partagent 96% de patrimoine génétique avec leur plus proche cousin phylogénétique, le chimpanzé. L'existence de méthodes d'imagerie cérébrale non invasives telles que l'IRM a rendu possible l'élaboration d'études visant à explorer les structures cérébrales du chimpanzé afin de mieux comprendre la singularité qui lui est propre. À ce jour, l'IRM de diffusion, qui rend compte de la microstructure des tissus cérébraux en suivant l'anisotropie du mouvement brownien des molécules d'eau, reste la seule méthode d'imagerie in vivo de la connectivité structurelle du cerveau. Anatomie et connectivité cérébrale sont intimement liées et les grandes fonctions cérébrales résultent de l'établissement de réseaux fonctionnels constitués de regroupements (ou faisceaux) de fibres axonales plus ou moins longues, peuplant la substance blanche cérébrale. Dans une récente étude publiée dans NeuroImage, l'équipe de Baobab établissait le premier atlas complet de la connectivité cérébrale du chimpanzé à partir d'images d'IRM de diffusion pour lesquelles un traitement informatique innovant avait permis la création de deux atlas de connectivité de la matière blanche, profonde et superficielle (voir actu Joliot).
Si la cartographie des connexions à longue distance est plus aisée à établir, car leurs trajectoires sont peu impactées par les plis et circonvolutions du cerveau, les faisceaux courts de la matière blanche superficielle (superficial white matter bundles, SWMBs) le sont sur toute leur longueur et, par conséquent, constituent un aspect relativement peu exploré de la connectivité cérébrale. La délimitation entre faisceaux profonds et faisceaux courts demeure d'ailleurs un débat non consensuel au sein de la communauté scientifique.

Dans ce travail, l'équipe a entrepris un examen complet de la connectivité des SWMBs dans des cerveaux humains et de chimpanzé, en utilisant une nouvelle combinaison de méthodologies empiriques et géométriques pour classifier leur morphologie de manière objective. Elle vise ainsi à découvrir les points communs et les disparités dans les faisceaux de matière blanche superficielle entre les chimpanzés et les humains. Elle s'est appuyée pour cela sur deux atlas anatomiques : l'atlas du chimpanzé Ginkgo Chauvel, établi à partir d'une cohorte de 39 chimpanzés et l'atlas humain Ginkgo Chauvel, spécialement conçu pour cette étude, établi chez 39 sujets, intentionnellement identique en genre et en nombre avec la cohorte de chimpanzés. Chaque atlas comporte 844 et 1375 faisceaux superficiels, respectivement, et les chercheurs se sont concentrés sur les représentations éparses de la morphologie des SWMBs. Des fibres en forme de U, déjà bien décrites chez l'Homme, ont également été observées chez le chimpanzé et d'autres formes, à la géométrie plus complexe, telles que des formes en 6 et en J, ont été observées pour la première fois. Une approche de clustering reposant sur un algorithme dit isomap, originellement développé pour l'étude de la morphométrie sulco-gyrale, a permis aux auteurs d'observer et localiser plusieurs morphologies de faisceaux, différentes entre les humains et les chimpanzés.

Comparaison des atlas de chimpanzé et humain par faisceaux de matière blanche superficielle © M.Chauvel / CEA​

L'un des défis des neurosciences évolutionnistes est de créer et comparer des modèles de connectivité du cerveau entre différentes espèces. Cette étude, qui observe à la fois des points communs et des disparités dans les SWMBs de chimpanzés et d'humains, en mettant l'accent sur de potentielles relations avec la gyrification cérébrale, met en lumière l'évolution et l'organisation de ces neurones cruciaux et devrait contribuer in fine à une meilleure compréhension de l'évolution et du développement cognitif de l'Homme.

Contact : Cyril Poupon (cyril.poupon@cea.fr)