​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. C'est la première zone dégradée dans la maladie d'Alzheimer. Si plusieurs études ont permis d'établir des atlas de l'hippocampe humain, peu exploitant l'IRM ont été menées jusqu'à présent, pour en caractériser l'organisation à l'échelle mésoscopique (une centaine de micromètres de résolution).

Dans le cadre du projet HBP*, des chercheurs de NeuroSpin, en collaboration avec le centre de recherche de Jülich, ont obtenu des images d'un hippocampe humain post-mortem avec une résolution inégalée, grâce à l'IRM préclinique 11,7T de NeuroSpin combiné à des gradients** très élevés (780 mT/m). En combinant l'IRM anatomique d'une résolution de 150 µm et la microscopie par IRM de diffusion d'une résolution de 300 µm, les chercheurs ont obtenu des images 30 fois plus précises que celles réalisées sur les imageurs utilisés dans les hôpitaux. Ces clichés permettent d'obtenir une segmentation très précise des sous-structures de l'hippocampe, de mesurer avec une grande fiabilité les connexions neuronales qui les relient, et de caractériser la composition cellulaire de ces régions, telles que la densité en neurones ou en dendrites (Figure).

Figure : 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.

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. Cette étude 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. Les images obtenues seront comparées à celles obtenues à NeuroSpin, ce qui constituera un travail de Titan.
D'autre part, une collaboration avec le Pr Christophe Destrieux de l'Université de Tours est d'ores et déjà en cours pour scanner, grâce à l'IRM 11,7T préclinique de NeuroSpin, un cerveau entier à une résolution de 100 µm pour l'anatomie et 200 µm pour l'IRM de diffusion. Ceci nécessitera 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. 

Ce travail a fait l'objet d'un Fait Marquant DRF.

* Humain Brain Project est une collaboration internationale dédiée à la modélisation du cerveau humain à laquelle notre institut participe. Jean-François Mangin, chef de l'UNATI, en est le coordinateur pour les équipes de l'institut.

** Les gradients sont des variations spatiales du champ permettant de localiser le déplacement des molécules d'eau dans les tissus.