Imagerie et détection des croisements complexes de fibres de matière blanche du cerveau avec la tomographie de la réfraction par cohérence optique

La neurophotonique est le domaine de recherche qui vise à utiliser la lumière pour étudier le cerveau et comprendre le système nerveux. De multiples applications de la neurophotonique existent, allant du suivi de l’activité cérébrale à l’optogénétique où la lumière est utilisée pour activer certains neurones dans le cerveau d’animaux génétiquement modifiés. Plusieurs techniques de microscopie optique peuvent être utilisées pour étudier la microstructure du tissu cérébral afin de mieux comprendre son organisation ou son évolution sous diverses neuropathologies. Parmi celles-ci, l’une des meilleures techniques est la tomographie par cohérence optique (OCT) en raison de sa haute sensibilité et de sa capacité à acquérir rapidement des représentations 3D d’un tissu. De plus, l’OCT est une méthode d’imagerie qui exploite les propriétés optiques intrinsèques des tissus cérébraux. Ainsi ils peuvent être observés sans nécessiter de traitements chimiques complexes, ou de manipulations génétiques. L’origine principale du signal OCT dans les tissus cérébraux est la matière blanche. En raison de sa polyvalence et de sa nature intrinsèquement 3D, les applications de neuroimagerie de l’OCT ont augmenté ces dernières années.

Malgré ses avantages, l’OCT est affecté par quelques limitations qui nuisent à sa capacité à générer des représentations précises de la microstructure des tissus. La limitation principale de cette technique d’imagerie est que la qualité des images OCT change en fonction de la position 3D dans les données. L’objectif principal de ce projet de recherche est de surmonter les limitations de l’OCT en créant une nouvelle technique de microscopie innovante, nommée tomographie de la réfraction par cohérence optique sensible à la polarisation (PS-OCRT). Les avancées théoriques et technologiques résultant de ce projet fourniront une représentation sans précédent de l’organisation 3D des croisements de fibres de matière blanche au sein des tissus cérébraux. Ce travail nécessitera la création d’algorithmes de pointe et l’élaboration de méthodes dédiées de reconstruction de données multidimensionnelles. Le projet de recherche conduira également à la création de détecteurs d’orientation de fibres 3D utilisant des méthodes avancées de reconnaissance de formes.

Ce projet de recherche innovant aura de nombreuses applications. Par exemple, une application centrale de cette proposition de recherche est l’utilisation du PS-OCRT pour valider l’imagerie par résonance magnétique de la diffusion (IRMd), un outil de neuroimagerie non invasif fréquemment utilisé en clinique pour cartographier la matière blanche dans le cerveau. En effet, le concours international « Tractometer » a révélé que l’IRMd était incapable de représenter avec précision les zones du cerveau contenant des géométries de fibres complexes (ex. : des enchevêtrements de fibres). Considérant que l’IRMd peut être utilisée lors de la planification de la neurochirurgie pour s’assurer que les faisceaux de fibres importants sont évités pendant l’intervention, la validation et la qualité des résultats de l’IRMd est d’une importance primordiale dans un cadre clinique. Outre la neuroimagerie, le système d’imagerie proposé devrait trouver d’autres applications utiles dans de futurs travaux collaboratifs, comme la caractérisation 3D de biopsies de tumeurs, ou l’étude de la dégénérescence de la myéline dans des modèles animaux de neuropathologies comme la maladie de Parkinson.