La cartographie du connectome humain offre une occasion unique de comprendre les détails complets de la connectivité neuronale (Sporns et al., 2005, Wedeen et al., 2008, Hagmann et al., 2007). Le projet du Connectome Humain (HCP) est un projet visant à construire une carte des connexions neuronales structurelles et fonctionnelles complètes in vivo au sein d’un individu et entre individus. Le HCP représente la première tentative à grande échelle de collecter et de partager des données d’une portée et d’un niveau de détail suffisants pour commencer à aborder des questions profondément fondamentales sur l’anatomie et la variation des connexions humaines.

Pamphlet du projet Connectome humain (résolution web)

Consortium USC-Harvard

Grâce à une collaboration entre le Laboratoire d’imagerie neurologique et le Centre Martinos d’imagerie biomédicale du Massachusetts General Hospital, le HCP est en cours de développement afin d’employer des méthodes de neuro-imagerie avancées et de construire une infrastructure informatique étendue pour relier ces données et les modèles de connectivité aux données phénomiques et génomiques détaillées, en s’appuyant sur les efforts multidisciplinaires et collaboratifs existants actuellement en cours. En travaillant avec le consortium HCP basé à l’Université de Washington à St. Louis, nous fournirons des données riches, des protocoles d’imagerie essentiels et des outils d’analyse de connectivité sophistiqués pour la communauté des neurosciences.

Le projet Connectome humain est un projet de cinq ans parrainé par seize composantes des National Institutes of Health, réparti entre deux consortiums d’institutions de recherche. Le financement du consortium Harvard/MGH-USC est assuré par la subvention U01-MH93765. Pour lire une vue d’ensemble des consortiums, voir le NIH Blueprint Human Connectome.

Méthodes

Le HCP tire parti de domaines scientifiques clés qui, ensemble, produisent une libération régulière de données et d’outils connectomiques de plus en plus détaillés. Tout d’abord, nous avons commencé à amasser des données en vue de la publication d’un très grand ensemble de données connectomiques, comportementales et génomiques existantes, y compris une vaste étude d’échantillon de paires de jumeaux MZ/DZ, ce qui encouragera une large participation au HCP par la communauté de recherche plus large. Ces riches données nous permettront également de quantifier les variations génétiques (Chiang et al., 2009) et comportementales des voies des fibres de la substance blanche et les corrélations fonctionnelles pour une analyse par l’ensemble de la communauté, et aideront à définir une méthodologie optimisée pour la collecte d’un ensemble définitif de données sur le connectome à l’aide de DSI (V. J. Wedeen, 2005). Parallèlement, nous nous efforçons d’affiner et d’optimiser la résolution spatiale et fonctionnelle de nos techniques de neuro-imagerie du connectome, puis de mettre à profit les résultats de ces deux objectifs dans l’acquisition de données HCP optimisées, qui seront partagées avec la communauté au fur et à mesure de l’acquisition des données. En outre, nos efforts en matière de connectome comprennent l’acquisition de données de neuroimagerie à haute résolution dans un petit sous-ensemble de spécimens de cerveau entier ex vivo, ainsi qu’une analyse chimio et cyto-architectonique détaillée et une polarimétrie planaire de ces spécimens, ce qui nous permettra d’examiner la corrélation entre la cytoarchitecture et le connectome (Burgel et al., 2006), et contribuera à valider nos résultats in vivo. Pendant tout ce temps, nous construirons et affinerons continuellement l’infrastructure vitale pour soutenir l’analyse, la base de données et l’interrogation, ainsi que la diffusion à grande échelle de nos données et de nos outils informatiques.

Résultats

Ce projet vise actuellement à atteindre les objectifs suivants : 1) développer des outils sophistiqués pour traiter la diffusion à angle élevé (HARDI) et l’imagerie du spectre de diffusion (DSI) à partir d’individus normaux afin de fournir la base pour la cartographie détaillée du connectome humain ; 2) optimiser les technologies avancées d’imagerie à haut champ et les tests neurocognitifs pour cartographier le connectome humain ; 3) collecter des données connectomiques, comportementales et génotypiques en utilisant des méthodes optimisées dans un échantillon représentatif de sujets normaux ; 4) concevoir et déployer une infrastructure informatique robuste, basée sur le web, 5) développer et diffuser des matériaux d’acquisition et d’analyse de données, d’éducation et de formation de proximité.

Conclusions

A travers ce projet complet de cartographie de la matière blanche, nous fournirons à la communauté de recherche en neurosciences une ressource nouvelle pour la connectomique qui aura un impact significatif pour notre amélioration de la compréhension de la riche connectivité neuroanatomique du cerveau humain.

BURGEL, U., AMUNTS, K., HOEMKE, L., MOHLBERG, H., GILSBACH, J. M. & ZILLES, K. (2006) White matter fiber tracts of the human brain : three-dimensional mapping at microscopic resolution, topography and intersubject variability. Neuroimage, 29, 1092-105.

CHIANG, M. C., BARYSHEVA, M., SHATTUCK, D. W., LEE, A. D., MADSEN, S. K., AVEDISSIAN, C., KLUNDER, A. D., TOGA, A. W., MCMAHON, K. L., DE ZUBICARAY, G. I., WRIGHT, M. J., SRIVASTAVA, A., BALOV, N. & THOMPSON, P. M. (2009) Genetics of brain fiber architecture and intellectual performance. J Neurosci, 29, 2212-24.

HAGMANN, P., KURANT, M., GIGANDET, X., THIRAN, P., WEDEEN, V. J., MEULI, R. & THIRAN, J.-P. (2007) Mapping Human Whole-Brain Structural Networks with Diffusion MRI. PLoS ONE, 2, e597.

SPORNS, O., TONONI, G. & KOTTER, R. (2005) The human connectome : Une description structurelle du cerveau humain. PLoS Comput Biol, 1, e42.

V. J. WEDEEN, P. H., W.-Y. I. TSENG, T. G. REESE ET R. M. WEISSKOFF. (2005) Cartographie de l’architecture complexe des tissus avec l’imagerie par résonance magnétique à spectre de diffusion . Mag. Res. Med., 54, 1377-86.

WEDEEN, V. J., WANG, R. P., SCHMAHMANN, J. D., BENNER, T., TSENG, W. Y., DAI, G., PANDYA, D. N., HAGMANN, P., D’ARCEUIL, H. & DE CRESPIGNY, A. J. (2008) Diffusion spectrum magnetic resonance imaging (DSI) tractography of crossing fibers. Neuroimage, 41, 1267-77.