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Les neurones, cellules du système nerveux, sont constitués d’une arborisation dendritique, d’un corps cellulaire, d’un ou plusieurs axones (myélinisés ou non) et de terminaisons nerveuses. Les axones des neurones sont également appelées fibres nerveuses et sont souvent regroupées ensemble, formant ainsi des faisceaux de fibres au sein du cerveau. Via ces faisceaux de fibres nerveuses, les différentes parties du cerveau communiquent entre elles.
 
Il n’est pas facile d’observer ces faisceaux in vivo mais en utilisant la technique dite de tractographie, il est possible de mettre en évidence ces voies de communication neuronales. Cette technique repose sur l’imagerie par résonance magnétique (IRM) associée à la technique du tenseur de diffusion. L’IRM de diffusion permet de calculer en tout point de l’image la distribution des directions de diffusion de molécules d’eau. La mobilité des molécules d’eau dans les tissus biologiques étant contrainte par les tissus environnants, mais aussi par la microstructure des cellules, cette technique permet d’obtenir indirectement la position, l’orientation et la mobilité des structures fibreuses, notamment les faisceaux neuronaux dans le cerveau.
 
En effet, l’architecture des axones en faisceaux parallèles, ainsi que leur couche de myéline, facilitent la diffusion des molécules d’eau le long de l’axe des axones, et la direction des fibres est alors indiquée par le vecteur de diffusion ayant la valeur la plus grande. Il est alors possible de reconstituer de proche en proche le trajet d’un faisceau de fibres nerveuses le plus fidèlement possible et sur de longues distances. Au final, le résultat de la tractographie est représenté sous forme d’une image en 2 ou 3 dimensions qui figure les différents faisceaux ainsi que leur direction avec des couleurs.
 
Cette technique est à ce jour la seule qui permette d’observer et de cartographier la connectivité cérébrale in vivo de façon non invasive. Elle peut être utilisée aussi bien chez l’animal que chez l’homme et représente un complément nécessaire à l’IRM fonctionnelle classique afin de détecter et de quantifier des anomalies des faisceaux de fibres nerveuses non visibles en imagerie conventionnelle lors de pathologies cérébrales. 
 

© Alfred Anwander, MPI-CBS Leipzig; Twitter : @AlfredAnwander

Cette image, véritable kaléidoscope de couleurs, révèle le réseau de connexions nerveuses dans le cerveau d’un jeune adulte en bonne santé. En utilisant la technique décrite ci-dessus, les chercheurs ont généré numériquement cette image à partir de plusieurs sections virtuelles, de haut en bas, d’un cerveau humain entier d’une largeur de 16,5 cm. Les fibres reliant les hémisphères gauche et droit sont en rouge, celles reliant le cerveau et la moelle épinière sont en bleu, et celles circulant d’avant en arrière du cerveau sont en vert.
  
  
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Alexandra Gros est docteure en neurosciences (Institut des neurosciences Paris-Saclay). Au cours de sa thèse, elle s’est intéressée au rôle de la neurogenèse adulte hippocampique dans les processus d’apprentissage et de mémoire, notamment épisodique. Alexandra est actuellement chercheuse post-doctorante à l’université d’Édimbourg où elle étudie comment la mise en mémoire et la persistance de souvenirs d’événements de la vie courante peuvent être affectées par un apprentissage ultérieur. Pour cela, elle cherche à élucider les mécanismes moléculaires et cellulaires sous-tendant ces processus, notamment via des mécanismes de « tagging » des neurones et synapses en utilisant l’expression des gènes immédiats précoces.