Développement d'un atlas IRM multi-échelle du tronc cérébral humain.

Le tronc cérébral est l'extension caudale de l'encéphale qui sert d'interconnexion entre le cerveau, le cervelet et la moelle épinière. Le tronc cérébral est composé de trois parties, dans la direction rostro-caudale : le mésencéphale, le pont (métencéphale) et la moelle allongée (myélencéphale). Il joue un rôle important dans de nombreuses fonctions vitales végétatives (respiration, pression artérielle et rythme cardiaque), la conscience et le sommeil, la motricité, la somethésie et la cognition. Le tronc cérébral contient de nombreux amas de matière grise formés de corps cellulaires qui forment les noyaux du tronc cérébral. La substance blanche (axones et dendrites) est constituée de groupes de fibres (faisceaux) réparties en voies somatiques sensitives ou afférentes (conduisant des informations provenant de la peau, du système musculo-squelettique et des viscères) et en voies motrices ou efférentes (pour les muscles et les glandes). Du fait de la densité fonctionnelle du tronc cérébral, toute lésion peut avoir des conséquences dramatiques sur de nombreux aspects de la vie quotidienne du patient. Par exemple, des lésions plus ou moins subtiles du tronc cérébral sont associées à plusieurs maladies neurodégénératives (paralysie supranucléaire progressive, maladies d'Alzheimer et de Parkinson...), mais aussi à la douleur chronique, au stress, aux troubles du sommeil et à l'épilepsie (Anaclet & Fuller, 2017 ; Mills et al. , 2018 ; Mueller et al., 2018 ; Rüb et al., 2016 ; Weinshenker, 2018 ; Whitwell et al., 2017). La diversité des fonctions vitales du tronc cérébral en fait une cible potentielle pour la stimulation cérébrale profonde (SCP) dans plusieurs pathologies neurologiques (Elias et al., 2021), comme la maladie de Parkinson (Fasano et al., 2015 ; Stolze et al., 2001 ), divers troubles du mouvement et des maladies psychiatriques, telles que la dépression ou le trouble obsessionnel compulsif réfractaire (Elias et al., 2021). Cela nécessite bien sûr une connaissance approfondie de l'anatomie morpho-fonctionnelle du tronc cérébral, alors que celui-ci reste une zone relativement inexplorée du système nerveux central. L'objectif à long terme de cette étude est de créer un atlas probabiliste multi-sujets des noyaux et de la connectivité du tronc cérébral. Quatre troncs cérébraux (âge moyen de 81,02 ans) issus de don de corps, sans antécédent de maladie neurologique ou vasculaire ont été exploités. Après fixation, les échantillons ont été transférés à Neurospin pour acquérir une IRM ex vivo ultra-haute à 11,7T (données anatomiques) et 7T (données de diffusion, dMRI). Dans un premier temps, nous avons manuellement segmenté les données anatomiques en 122 classes anatomiques définies par des règles prédéfinies (Lechanoine et al., 2021). La variabilité morphométrique et de position des structures du tronc cérébral a été étudiée dans un référentiel anatomique commun. La connectivité du tronc cérébral a d'abord été analysée sur des images dMRI à l'aide de méthodes conventionnelles (imagerie du tenseur de diffusion, DTI et imagerie d'échantillonnage Q généralisée, GQI) pour reconstruire des matrices de connectivité à partir de la segmentation anatomique. Ensuite, pour mieux prendre en compte le grand nombre de connexions courtes du tronc cérébral, nous avons également utilisé un modèle innovant de conductance (Frau-Pascual et al., 2019) qui évalue la connectivité sans reconstruction des faisceaux de fibres. La représentativité des atlas morpho-fonctionnels proposés est limité par le petit nombre de spécimens inclus. Il est la conséquence d'un accès limité à des spécimens anatomiques de haute qualité, de la durée de préparation des spécimens (plusieurs mois), de la campagne d'acquisition (130 heures) et de la segmentation manuelle (3 mois par spécimen et opérateur ). Ces atlas doivent être considérés comme des outils flexibles ayant vocation à être régulièrement améliorés par l'augmentation du nombre de sujets.