Des chercheurs américains ont mis au point un système d’imagerie par résonance magnétique (IRM) d’une précision inégalée, capable de produire des images 64 millions de fois plus nettes que celles obtenues par les IRM conventionnelles. Cette technologie a permis de cartographier entièrement le cerveau d’une souris, révélant des détails presque subcellulaires.
L’IRM est couramment utilisée en imagerie médicale pour visualiser les tissus mous et aqueux, tels que ceux du système nerveux, du cœur, des muscles, etc. Les variations de contraste obtenues sur les images permettent de détecter avec précision des tumeurs ou des lésions et, dans le cas de l’IRM fonctionnelle (IRMf), de mesurer l’activité dans différentes régions du cerveau. Toutefois, malgré leurs performances, les IRM actuellement accessibles dans les centres de santé ne permettent pas de visualiser les détails les plus infimes de l’organisation du cerveau.
Le système d’IRM novateur a été co-développé par des chercheurs du Duke’s Center for In Vivo Microscopy (Caroline du Nord). Il a permis de produire les images cérébrales d’un mammifère les plus nettes à ce jour. Un voxel (un pixel en trois dimensions) de ces nouvelles images ne mesure que 5 micromètres, soit 64 millions de fois plus petit qu’un voxel d’une IRM classique. Cette amélioration de la résolution équivaut à transformer une image pixélisée d’un octet en une image digne des meilleurs appareils photo.
Les premières images obtenues par les chercheurs ont été réalisées sur des souris, offrant une vision d’une résolution stupéfiante de la connectivité du cerveau. Cette précision accrue permettra une meilleure compréhension des changements cérébraux chez l’Homme, notamment ceux liés au vieillissement, à l’alimentation ou aux maladies neurodégénératives telles qu’Alzheimer. « C’est quelque chose qui permet vraiment d’examiner les maladies neurodégénératives d’une manière complètement différente », estime dans un communiqué G. Allan Johnson, concepteur principal du système et professeur émérite de radiologie, de physique et de génie biomédical à Duke.
Une combinaison de deux technologies
Lors d’un autre projet mené en 2021, des chercheurs ont conçu l’IRM la plus puissante au monde, dotée d’une force magnétique colossale de 11,7 Tesla (contre 1,5 à 3 Tesla pour les IRM classiques), permettant d’obtenir des images d’une résolution de 400 micromètres.
Bien que sa puissance magnétique soit légèrement inférieure (9,4 Tesla), le nouveau dispositif décrit dans la revue PNAS offre une meilleure résolution grâce à l’association de deux avancées technologiques. Il repose en effet sur un ensemble de bobines à gradient de tenseur à résolution isotrope de 15 micromètres — soit 1000 fois plus élevée que celle des IRM conventionnelles. Pour générer les images, le système est soutenu par un puissant ordinateur dont les performances équivalent à celle de 800 ordinateurs standard combinés.
Le dispositif de Johnson et de son équipe tire également sa performance de la microscopie à feuilles de lumière, en tant que deuxième élément principal. Il s’agit d’une technologie spécialement conçue pour les grands échantillons (organismes, organoïdes, organes et biopsies), grâce à un principe d’éclairage unique évitant la phototoxicité. Sa stabilité et sa précision permettent également d’imager des échantillons vivants sur de longues durées, avec une résolution subcellulaire (de l’ordre du micromètre).
Après avoir scanné le tissu cérébral des souris à la lumière du jour, l’équipe de recherche l’a passé sous microscopie à feuilles de lumière, afin de différencier les différents groupes de cellules cérébrales (telles que celles émettrices de dopamine). Cet étiquetage permet de suivre la progression des maladies neurodégénératives. Les variations dans des régions cérébrales spécifiques — telles que le subiculum, impliqué dans la mémoire — ont également pu être observées, à mesure que les souris vieillissaient.
De plus, une série d’images représentant les connexions cérébrales en sept couleurs montre avec une étonnante netteté la détérioration des réseaux neuronaux chez un modèle Alzheimer de souris. Le processus pourrait également être observé chez l’Homme et pourrait ainsi éclairer la façon dont les pathologies cérébrales évoluent.
Selon Johnson, « des recherches soutenues par l’Institut national du vieillissement ont révélé que les changements d’alimentation et les médicaments peuvent permettre de vivre 25% plus longtemps ». Le nouveau dispositif permettrait de connaître l’état du cerveau des patients, qui peut être altéré malgré le regain de longévité. Le dispositif peut s’appliquer à de nombreuses autres perspectives et ouvre peut-être une nouvelle voie dans la compréhension des maladies neurodégénératives et autres pathologies.
Vidéo résumant les performances du nouveau dispositif d’IRM :