Cartographier le cerveau humain pour mieux comprendre les maladies neurologiques
Identifier et comprendre les changements structurels dans le cerveau des personnes atteintes de pathologies neurologiques telles que la maladie d’Alzheimer, le maladie de Parkinson, la sclérose en plaques, ainsi que chez celles ayant subi une commotion cérébrale, pourrait permettre des avancées significatives dans la prise en charge des patient·es.
Avec le projet Connectome humain, l’équipe de recherche de Maxime Descoteaux souhaite faire la cartographie complète des liaisons neuronales du cerveau. Ce tracé complexe permettrait d’avoir une meilleure compréhension des fonctions de chaque partie du cerveau et deviendrait un outil précieux pour la recherche, la pratique clinique et la médecine personnalisée.
Pour y arriver, ils utilisent la tractographie, une technique d’imagerie par résonance magnétique de diffusion (IRMd). Cette méthode permet d’étudier la matière blanche du cerveau, aussi appelée le connectome et de reconstruire une «carte virtuelle» des connexions entre les différentes régions cérébrales d’une personne. Le chercheur vise à cartographier le cerveau de 100 000 personnes.
La tâche n’est pas simple : le connectome humain contient environ 160 000 km de fibres nerveuses!
Le projet ne s’arrête pas là, car l’équipe veut développer de nouveaux outils de tractographie propulsés par l’intelligence artificielle afin d’améliorer la qualité des données et de multiplier par 100 la rapidité de certaines étapes.
« Nous faisons donc face à des données multi-dimensionnelles, complexes et gigantesques, même à l’échelle d’un seul individu. Imaginez pour une base de données de 100 000 personnes! Cela requiert une grande puissance de calcul qui nécessite l’accès à des processeurs (CPU), des processeurs graphiques (GPU), ainsi que beaucoup de mémoire vive et du stockage pour y arriver », explique Maxime Descoteaux.
« Un examen IRMd pèse environ 200 MB, les pipelines de tractographie et de traitement prennent environ 45 heures-cpu de calculs, génèrent 15 GB de données en sortie et un connectome complet contient approximativement 10 millions de connexions (1 GB). Les infrastructures fournies par Calcul Québec et l’Alliance de recherche numérique du Canada sont essentielles pour mener à bien un tel projet », souligne-t-il.
À terme, le projet Connectome humain sera d’une grande aide aux cliniciens et cliniciennes qui tentent de diagnostiquer leurs patients en leur permettant de faire des comparaisons précises, fiables et facilement généralisables à travers les populations.
Le chercheur Maxime Descoteaux est membre de l’axe Imagerie médicale du Centre de recherche du CHUS, professeur au département d’informatique de la faculté des Sciences de l’Université de Sherbrooke, directeur de la plateforme d’analyse et visualisation d’images (PAVI) et directeur du laboratoire SCIL (Sherbrooke Connectivity Imaging Lab).
Cette année il a été nommé Senior Fellow de la Société Savante SMRM (International Society for Magnetic Resonance in Medicine). Crédit photo : Université de Sherbrooke
