Neuro-navigation automatique pour la neuro-imagerie fonctionnelle ultrasonore

L’échographie ultrarapide est une nouvelle méthode d'imagerie basée sur la transmission des ondes planes et qui permet d'imager les tissus biologiques à très haute cadence et avec une excellente résolution spatiale. Lorsqu'elle est appliqué à l'imagerie Doppler, elle permet d'améliorer considérablement la détection du flux sanguin dans les vaisseaux avec une sensibilité considérablement augmentée par rapport à l'imagerie conventionnelle basée sur la transmission des ondes focalisées. Ainsi le Doppler ultrarapide a ouvert d'autres champs d'applications à l'échographie faisant d’elle une nouvelle modalité précieuse de neuro-imagerie fonctionnelle capable de reconstruire la micro-vascularisation cérébrale mais aussi de mesurer indirectement l’activité neuronale en se basant sur le couplage neuro-vasculaire. Cependant l’expansion de l’imagerie fonctionnelle ultrasonore (fUS) est limitée par la difficulté à se repérer dans le réseau vasculaire complexe du cerveau, ce qui rend complexe le positionnement de la sonde échographique et l’analyse des données. Il est donc crucial de mettre en place des outils de neuro-informatique dédiés à l’imagerie fonctionnelle ultrasonore au même titre que l’imagerie fonctionnelle par IRM qui est la modalité de référence.Les travaux de cette thèse portent donc sur le développement et la validation du GPS cérébral, un outil de neuro-navigation automatique à partir des empreintes vasculaires Doppler ultrasensible de la souris et du rat. Dans un premier temps un template anatomique vasculaire a été construit puis recalé sur des atlas familiers (Atlas Allen pour la souris et l’atlas SIGMA pour le rat) permettant ainsi la création d’un atlas vasculaire pouvant servir de référence lors des sessions d’imagerie fUS pour recaler des données expérimentales et leur fournir un contexte anatomique. La précision du recalage vasculaire a été quantifié à partir des images vasculaires super-résolues obtenues par microscopie de localisation ultrasonore.Par la suite après avoir développé la chaîne neuro-informatique intégrée à une nouvelle génération de neuro-imageurs, nous avons montré la capacité du GPS cérébral à guider le positionnement d’une sonde linéaire sur des zones fonctionnelles choisies afin d’obtenir des cartes d’activation fonctionnelle même sur des plans obliques complexes. Nous avons aussi montré que le GPS cérébral peut être utilisé pour calculer automatiquement la matrice de connectivité en fournissant un contexte anatomique et une segmentation automatique des zones fonctionnelles.Pour aller plus loin nous avons exploré le potentiel du GPS vasculaire à guider automatiquement les injections intra-cérébrales dans des structures profondes. Des résultats encourageants confirmés par des images de microscopie de fluorescence ont pu être obtenus après injection d’un traceur neuronal dans le noyau thalamique. Toujours à titre exploratoire nous nous sommes intéressés à la reconstruction des images anatomiques structurelles du cerveau en plus des images vasculaires généralement générées afin d’évaluer l’échogénicité de certaines zones cérébrales identifiées à l’aide du GPS vasculaire. Enfin nous avons conduit une étude de quantification longitudinale dans le cadre du processus de consolidation du trace mnésique chez la souris. Ces travaux permettent d’apporter des nouveaux outils de neuro-imagerie pour renforcer le potentiel de l’imagerie fonctionnelle ultrasonore et permettre aux experts et aux non-experts neuroanatomistes de réaliser des protocoles standardisés, reproductibles, avec plus de précision et impliquant des études sur de grosses cohortes.