Construction de courbes de croissance de la microstructure de la matière blanche superficielle – SWM-CHARTS
Constitution de courbes normatives de la microstructure de la substance blanche superficielle
Diffusion MRI has mainly focused on long-range connections, leaving superficial white matter largely understudied. Recent advances and the EBRAINS atlas (673 bundles) now enable its analysis and the construction of normative charts across development and aging. The usefulness of these charts will be assessed in developmental disorders, from prematurity to psychiatric conditions.
Il est aujourd'hui possible d'analyser la substance blanche superficielle
De nombreuses hypothèses associent les troubles neurodéveloppementaux à des altérations de la connectivité cérébrale. En particulier, un déséquilibre entre connexions à longue et courte distance est suspecté : les connexions courtes seraient surabondantes dans l’autisme et insuffisantes dans la schizophrénie. L’IRM de diffusion a largement contribué à l’étude de ces altérations, mais s’est principalement concentrée sur les faisceaux profonds à longue distance. La substance blanche superficielle, qui contient des connexions locales entre régions corticales adjacentes, est restée difficile à explorer en raison de sa proximité avec la substance grise et de la complexité des orientations de fibres.<br /><br />Des avancées récentes permettent désormais d’étudier la Substance Blanche Superficielle (SBS). Dans le cadre du Human Brain Project (HBP), un atlas complet des faisceaux courts (673 faisceaux) a été développé et rendu accessible via EBRAINS, ainsi qu’une méthode robuste de projection sur n’importe quel cerveau adulte. Cette approche a été appliquée à de grandes bases de données (UK Biobank) afin d’établir des courbes normatives du vieillissement de la SBS, utiles pour détecter des anomalies dans les pathologies liées à l’âge.<br /><br />La SBS est l’une des dernières régions cérébrales à maturer. Les connexions locales continuent de se développer après la naissance et évoluent fortement durant l’enfance et l’adolescence, notamment avec la myélinisation. Cette maturation tardive la rend particulièrement vulnérable aux perturbations du développement (facteurs génétiques, infections, toxiques, environnement). L’étude de la SBS constitue ainsi une source prometteuse de biomarqueurs pour les troubles neurodéveloppementaux.<br />L’objectif de ce projet est d’étendre les courbes normatives de la SBS, initialement développées pour le vieillissement, à l’ensemble du développement cérébral. Des bases de données ouvertes seront utilisées pour construire des références pour les nourrissons (dHCP), les enfants (BCP, ABCD, HCP-D) et les jeunes adultes (HCP-YA). Ces courbes serviront à identifier des biomarqueurs pour le diagnostic précoce et le pronostic de plusieurs troubles : prématurité extrême, exposition à l’alcool in utero, autisme, schizophrénie et trouble bipolaire.<br /><br />Les données nécessaires étant déjà disponibles, aucune curation supplémentaire ne sera requise, permettant une mise en œuvre rapide. Certaines bases permettront également des analyses génétiques du phénotype SBS. Les résultats (courbes normatives, analyses génétiques et biomarqueurs) seront diffusés via EBRAINS pour la communauté scientifique.
Le projet vise à adapter et étendre les outils d’analyse des faisceaux courts de la substance blanche superficielle (SWM) à l’ensemble du développement cérébral. Dans un premier temps, la chaîne de projection de l’atlas EBRAINS sera adaptée à la petite enfance. Cela repose sur l’analyse des données de diffusion avec MRTRIX et la projection de l’atlas via GEOLAB. Si MRTRIX est déjà validé pour les nourrissons, GEOLAB, développé pour l’adulte, devra être adapté aux cerveaux pédiatriques. Cette adaptation s’appuiera sur des transformations entre espaces de référence adulte et infantile développées dans le cadre du Human Brain Project (HBP), notamment via des méthodes de recalage basées sur les sillons corticaux. Des transformations spécifiques à l’âge pourront être nécessaires en raison des changements rapides de géométrie cérébrale en début de vie. Le projet cherchera également à déterminer à partir de quel stade les faisceaux courts sont détectables, en exploitant des données longitudinales de prématurés.
Ensuite, de grandes bases de données ouvertes seront analysées afin de construire des courbes normatives de la microstructure de la SWM sur l’ensemble de la vie, des prématurés aux sujets âgés. Une résolution temporelle fine sera utilisée en période néonatale. Les faisceaux courts et longs seront étudiés pour évaluer l’apport spécifique de la SWM. Des bases pathologiques permettront d’étudier plusieurs troubles neurodéveloppementaux (prématurité, alcoolisation fœtale, autisme, schizophrénie, trouble bipolaire). Des analyses génétiques seront réalisées sur certaines cohortes (ABCD, UK Biobank).
L’harmonisation entre études constitue un enjeu majeur. Le projet exploitera la cohérence des données HCP pour construire des courbes sur toute la vie, puis ajustera chaque étude clinique à ces références à l’aide de modèles spécifiques.
Des méthodes d’apprentissage automatique (SVM, forêts aléatoires) seront utilisées pour prédire des diagnostics ou des issues cliniques, en comparant des variables brutes et normalisées par les courbes.
Enfin, l’architecture génétique de la SWM sera explorée (héritabilité, GWAS, scores polygéniques) afin de mieux comprendre les liens entre génétique, connectivité et pathologies.
Coordination du projet
Jean-Francois Mangin (Institut des sciences du vivant FRÉDÉRIC-JOLIOT)
L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.
Partenariat
JOLIOT Institut des sciences du vivant FRÉDÉRIC-JOLIOT
UMCU University Medical Center Utrecht / Wilhelmina Children’s hospital
CGU Chang Gung University / Department of Medical Imaging and Radiological Sciences
Aide de l'ANR 345 870 euros
Début et durée du projet scientifique :
février 2024
- 36 Mois
