Dynamique de la morphologie corticale chez l’enfant – SulcalGRIDS

SulcalGRIDS is divided into two specific Tasks. In Aim#1, the objective will be to infer the spatiotemporal organization of the cortical folds during typical brain development, in fetuses and young children. In Aim#2, we will then postulate biologically plausible rules governing the geometry of the model, and the relationship between this geometry and the underlying axonal
connectivity.

Project advances so far :
1-Computing and data storage server resources were bought and installed.
2-Recruitment of the PhD candidate and the Engineer.
These recruitment's were delayed due to the COVID (difficulty to find good candidates, to set-up the interviews etc) but the impact on the project is limited. In particular, I am fully satisfied of the work of the two recruited persons. Finding well fitted profiles was a challenge, but I am optimistic regarding their implication in the project until the end of their contract.
3-Data aggregation in collaboration with AP-HM.
The MRI and phenotype data necessary for the project have been identified and aggregation is under process thanks to the implication of the AP-HM collaborators (Aim#2).
The anonymized data are transferred to the INT partner with the technical support of INT engineers.
3-Data management and processing.
As soon as he has been recruited, the Engineer started working on the management and processing of the data. The first steps of the pipeline have been implemented and we are working on the segmentation, in close collaboration with F.Rousseau (LaTim).
The delay in the recruitment of the Engineer was compensated by the anticipated recruitment of an Internship for 6 months who did explore some of the options we did consider for the pipeline during the spring/summer 2020.
4-The PhD project started on December 2020, the first meeting with the ‘comité de suivi de thèse’ is planned on June 24 th .

Thanks to the data aggregation and management tasks advanced until now, we have been able to set-up an international collaboration allowing to run large-scale multicentric studies on fetal MRI acquired in clinical settings.
We did submit a proposal to the ERA-NET NEURON Call for Joint Transnational Research Projects on Neurodevelopmental Disorders. The title is Multi-centric study of Fetal Abnormal Cortical Trajectory with standardized and privacy-preserving method on fetal MRI, the coordinator is Elisenda Eixarch from Fundació Clínic per a la Recerca Biomédica (FCRB) in Barcelona, Spain. I am (G.Auzias) the PI of the French partner. The project did pass the first round of review and the full proposal will be submitted on June 30 th.

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SulcalGRIDS propose un nouveau modèle de la morphogenèse corticale permettant d’expliquer comment la complexité de la forme du cortex cérébral humain émerge au cours du développement. Un tel modèle permettrait de mettre au point de nouveaux biomarqueurs du développement atypique précoce et de mieux comprendre la physiopathologie des troubles neurodéveloppementaux.
Nous nous appuierons sur nos travaux récents sur des points corticaux spécifiques, les « sulcal pits », qui correspondent à des singularités d'où émergent les sillons pendant les phases de maturation corticale in utero et post-natale précoce. Nous avons développé un algorithme qui permet d'extraire les sulcal pits et de fournir des informations fines sur leur localisation et sur la dynamique de leur émergence. S'appuyant sur ces avancées, SulcalGRIDS introduit un nouveau modèle spatio-temporel du développement cortical permettant de caractériser précisément la dynamique d’apparition des plis du cortex. SulcalGRIDS est divisé en deux tâches spécifiques.
-Tâche 1: L'objectif sera d'inférer l'organisation spatio-temporelle des sulcal pits pendant le développement normal du cerveau, chez le fœtus et les jeunes enfants.
-Tâche 2: Nous postulerons des règles biologiquement plausibles régissant la géométrie du modèle et les relations entre cette géométrie et la connectivité des faisceaux de fibres axonales sous-jacentes. Nous testerons ces hypothèses en utilisant des pathologies neurodéveloppementales connues pour affecter à la fois la forme du cortex humain et les faisceaux de fibres axonales sous-jacentes pendant la maturation prénatale ou post-natale précoce : l’Agénésie du Corps Calleux (ACC) et les Troubles du Spectre Autistique (TSA) chez les enfants.

Pour mener à bien son projet interdisciplinaire, G Auzias bénéficiera du support de deux équipes de recherche de l'Institut de Neurosciences de la Timone. SCALP (C Deruelle) est une équipe de neurosciences avec une longue expérience dans les troubles neurodéveloppementaux. MeCA (O Coulon) est une équipe d'anatomie computationnelle avec une solide expérience dans les méthodes de morphométrie corticale, y compris pour les fœtus (J Lefèvre). Les deux équipes ont un partenariat solide avec l'Unité de neuroradiologie du CHU Timone (N Girard) où tous les protocoles cliniques d’IRM sont uniformisés, y compris les fœtus atteints d'ACC suivis après la naissance par le Pr. M. Milh. Ce projet bénéficiera des outils de traitement d'images dédiés développés par le Pr. F Rousseau. SulcalGRIDS aura accès au Neurocomputing Center de l’INT, avec un cluster de calcul (548 cœurs, 170To de stockage) et deux ingénieurs spécialisés en neuroimagerie.

Ce projet vise à rassembler la recherche en neurosciences et l'analyse des données, et G. Auzias a l’expérience pour coordonner un tel effort interdisciplinaire. Il s'agit d'une opération scientifique stratégique dans l'émergence d'un site majeur de recherche en imagerie biomédicale sur le site de la Timone (Fac. de médecine et de CHU, IRM à haut champ clinique et préclinique, primatologie).
Il est également opportun car (i) la structuration des données de neuroimagerie est une priorité pour l'INT et sera soutenue par un nouvel ingénieur de recherche dédié à cette tâche ; (ii) la collaboration avec l'unité de radiologie clinique (Pr. N Girard) est maintenant mûre pour organiser une collecte systématique de données d'IRM pathologiques ; (iii) plusieurs équipes internationales ont exprimé leur intérêt pour nos méthodes innovantes de morphométrie sulcale (par exemple, le consortium ENIGMA).
En dévoilant les règles régissant le plissement du cortex humain, SulcalGRIDS est un projet de science fondamentale qui s'attaque à une des grandes questions de neurosciences. Il est crucial pour élucider l'organisation fonctionnelle des réseaux cérébraux et mieux caractériser le développement cérébral atypique précoce associé à de nombreuses pathologies du développement et en particulier l'autisme.