Le tronc cérébral, situé à la base du cerveau humain, dans le prolongement de la moelle épinière, est une région cérébrale d'une grande complexité anatomique. Il est impliqué dans de nombreuses fonctions reptiliennes telles que le contrôle de la respiration et du rythme cardiaque, mais également dans le contrôle de la douleur, de l'équilibre et de la motricité (oculomotricité, paralysie du corps au cours du sommeil paradoxal, contrôle moteur fin au cours des mouvements…) et de fait dans de nombreuses pathologies cérébrales, notamment les troubles moteurs à l'instar de la maladie de Parkinson. Le tronc cérébral est composé de plusieurs dizaines de noyaux dits du tronc^[1] dont la taille, extrêmement variable, peut parfois être inférieure au millimètre. La finesse de ses structures, son mouvement permanent rythmé par la pulsation du liquide cérébrospinal ainsi que son positionnement à proximité d'os remplis d'air (rochers) font du tronc cérébral l'une des régions les plus complexes à cartographier en IRM.

Afin de relever ce défi et de réaliser une cartographie fine de ses structures, l'équipe Ginkgo, dirigée par Cyril Poupon (BAOBAB/NeuroSpin) s'est lancée dans la construction d'un nouvel atlas IRM ex vivo à très haut champ du tronc cérébral, en étroite collaboration avec une équipe de l'unité Inserm iBRAIN U1253 (équipe neuroanatomie dirigée par le Professeur Christophe Destrieux, CHU Bretonneau, Faculté de Médecine de Tours), dans le cadre du flagship européen Human Brain Project. Pour cela, plusieurs troncs cérébraux ont été scannés ex vivo sur l'IRM préclinique à 11,7 teslas de la plateforme d'imagerie de NeuroSpin par l'équipe Ginkgo, grâce à un protocole d'imagerie permettant l'acquisition de données anatomiques de très haute résolution (100 micromètres) et de données de diffusion mésoscopiques (300 micromètres). La combinaison des cartographies anatomiques (contraste entre matières blanche et grise) et de diffusion (orientation des faisceaux de fibres) a permis aux neuroanatomistes du projet de réaliser la segmentation^[2]de l'ensemble des structures et de créer le premier atlas anatomique du tronc cérébral humain en IRM à champ extrême, doté d'une résolution mésoscopique. Cet atlas, publié dans la revue Neuroimage, est d'ores et déjà disponible sous la forme d'un wiki : WIKIBrainStem (https://fibratlas.univ-tours.fr/brainstems/index.html). Il servira à la fois aux neuroanatomistes pour l'enseignement et aux neurochirurgiens pour guider leurs actes, que ce soit en oncologie ou lors de l'implantation de dispositifs pour le traitement de la maladie de Parkinson.

La suite du projet consistera à compléter l'atlas par la cartographie mésoscopique des connexions cérébrales, reconstruites grâce à l'IRM de diffusion, et à étudier une dizaine de pièces anatomiques pour prendre en compte les variabilités individuelles.

Capture d'écran de l'interface WIKIBrainStem : Structures internes du tronc cérébral cartographiées grâce au couplage d’IRM anatomiques et de diffusion à champ extrême (11,7 Tesla). Chaque couleur permet d’identifier une structure anatomique du tronc cérébral. © WikiBrainStem

[1] Noyaux du tronc : amas de neurones qui relaient l’information entre le cortex cérébral et le cortex cérébelleux.

[2] Segmentation : tracé manuel des contours des structures anatomiques