Par : Yiming Xiao
Description : Imagerie de diffusion par résonance magnétique
La résection de tumeurs cérébrales à un stade précoce peut diminuer le taux de mortalité chez les usagers et usagères. En plus de l’imagerie par résonance magnétique structurelle conventionnelle, on peut employer l’imagerie de diffusion par résonance magnétique, afin d’extraire des informations sur les réseaux de connexions à l’intérieur du cerveau. On peut utiliser cette technique pour planifier l’ablation de tumeurs, afin de mieux définir l’étendue de la résection et de diminuer les pertes fonctionnelles après l’intervention chirurgicale.
Cette image révèle une tumeur cérébrale en rouge et le tractus de fibres de matière blanche l’entourant qui est responsable des différentes fonctions quotidiennes de notre corps.
Grâce à une collaboration entre des chercheurs canadiens et norvégiens, l’information puisée dans les circuits cérébraux est employée en combinaison avec l’imagerie ultrasonore pendant l’intervention chirurgicale, afin d’assurer l’innocuité et le succès de la procédure médicale dans le but de retirer la tumeur.
Par : Maxime Chamberland
Description : Imagerie de diffusion par résonance magnétique
Cette image révèle une interprétation tridimensionnelle de l’architecture structurelle des connexions du cerveau humain extraite de l’imagerie de diffusion par résonance magnétique.
En mesurant la diffusion des molécules d’eau au sein du cerveau, il est possible de déduire l’orientation des fibres de tissu qui endiguent leur mouvement. Les voies suivies par les fibres (ou lignes de courant) imitent les faisceaux d’axones formant la matière blanche du cerveau.
Une technique d’image de synthèse a ensuite été employée dans une étape de post-traitement, afin d’obtenir une teinte blanche cassée photoréaliste des lignes de courant individuelles.
Par : Yang Ding, Gregory Lodygensky et David Luck
Description : Imagerie de diffusion par résonance magnétique
Cette image représente le corps calleux d’un nouveau-né. Représentant la plus importante commissure du cerveau — des faisceaux de fibres connectant des zones différentes — elle permet la connectivité entre les deux hémisphères.
Le corps calleux se forme très tôt dans le processus de développement fœtal et peut être le site de nombreux processus pathologiques (p. ex., le syndrome d’alcoolisme fœtal). Cette zone est par conséquent d’un grand intérêt pour les néonatologistes, puisque son intégrité influencera l’avenir de l’enfant, en termes moteurs, langagiers, cognitifs, etc. Modéliser le corps calleux est une étape fondamentale que la Plateforme canadienne sur le cerveau néonatal a entreprise, afin d’améliorer le diagnostic et le pronostic en radiologie néonatale.
Par : Christopher Steele
Description : Imagerie de diffusion par résonance magnétique
Bien qu’il soit de petite taille, le cervelet humain (nommé petit cerveau en latin) regroupe 80 % du nombre total de neurones dans le cerveau.
Cette image montre les connexions entre le cervelet droit et gauche ainsi que le tronc cérébral, mesurées à l’aide de l’imagerie de diffusion par résonance magnétique. Les connexions ou tractus sont colorées selon leur orientation dans l’espace, leur donnant une ressemblance frappante avec des colibris. On a artistiquement tracé deux fines lignes pour représenter les becs des oiseaux, afin de souligner cette coïncidence impressionnante.
Par : Jérôme L.-Proulx
Description : Microscopie confocale à balayage laser
Le système nerveux de l’intestin, aussi appelé le deuxième cerveau, est constitué de plus de 100 millions de cellules nerveuses. Il semble que l’intestin pourrait aussi jouer un rôle crucial dans le développement de la maladie de Parkinson, une atteinte neurologique qui entraîne la perte d’un type de cellules cérébrales nommées neurones catécholaminergiques, en plus d’augmenter l’inflammation dans le cerveau. En fait, des modifications dans le comportement des neurones et une augmentation de l’inflammation sont aussi observées dans cet organe périphérique gouverné par le système nerveux autonome.
L’image présentée ici met en lumière les cellules immunitaires pro-inflammatoires (macrophages) et un réseau de neurones catécholaminergiques dans les couches musculaires de l’intestin. Cette représentation permet de quantifier ces deux types de cellules, afin de suivre les processus mobilisés dans la maladie de Parkinson.
Par : Eve-Marie Frigon
Description : Microscopie confocale à disque rotatif
Cette image montre les neurones du claustrum, une structure profonde du cerveau impliquée dans l’intégration sensorielle qui nous permet de prendre conscience de notre environnement.
Dans cette image, nous pouvons observer les corps cellulaires (les taches jaunes), les dendrites et leurs épines de même que les axones de cinq neurones. Les axones, qui conduisent l’électricité dans le cerveau, sont clairement visibles, dépassant des corps cellulaires, alors que les dendrites prennent davantage une teinte bleue. Les corps cellulaires ne mesurent pas plus de 10 micromètres (µm), alors que l’épaisseur de leurs axones ne dépasse pas 1 µm — à titre de comparaison, un cheveu humain mesure approximativement 70 µm de diamètre. Ces structures infiniment petites sont toutefois essentielles à notre état de conscience. Elles s’activent lorsque nous voyons un objet : c’est le claustrum qui nous permet d’être conscients des neurones que nous voyons à l’écran.
Par : Daryan Chitsaz
Description : Microscopie confocale avec immunofluorescence
Cultiver des prélèvements entiers de tissus neuronaux embryonnaires nous permet d’étudier la manière dont les neurones se développent dans un milieu contrôlé.
On a mis ici une boule de neurones sensoriels (ou ganglion) provenant de la moelle épinière en culture dans un récipient de plastique pendant plusieurs jours. Nous l'avons ensuite comparée à d’autres échantillons, cultivés dans des conditions différentes, à l’aide de la microscopie confocale.
Cette technique fait appel à un petit orifice pour augmenter la résolution et le contraste dans les images. Des douzaines de cellules demeurent étroitement regroupées au centre (bleu), alors qu’un grand nombre de cellules non neuronales (vert) ont migré vers la périphérie, formant une surface favorable sur laquelle des axones sensoriels peuvent croître (rouge). En faisant croître des neurones de cette façon, leurs corps cellulaires demeurent dans un milieu clément s’apparentant à celui de l'organisme vivant. Cela permet aux neurones de faire croître rapidement leurs axones en de longs filaments.
Cette technique offre des conditions optimales pour étudier les mécanismes de développement neuronal, comme les interactions entre les axones et les cellules auxquelles ils s'agrippent pour grandir.
Par : Claudia Belliveau
Description : Microscopie de fluorescence
Cette image de l’hippocampe, une région du cerveau impliquée dans l’apprentissage et la mémoire, révèle des réseaux périneuronaux (violet) qui enveloppent des neurones (cyan) dans le cerveau d’une personne décédée.
Cette image est aussi parsemée des noyaux d’autres cellules cérébrales (gris). Les réseaux périneuronaux (RPN) constituent une forme condensée de la matrice extracellulaire, comme une sorte d’échafaud qui entoure une cellule. Ils jouent un rôle important dans la stabilisation de la mémoire, la concrétisation des connexions corticales et la protection des cellules qu’ils encapsulent. Ces réseaux sont considérés comme des freins moléculaires qui mettent un terme à la période critique de plasticité du cerveau, contribuant ainsi de façon importante au développement cérébral.
Les altérations de la distribution et de la structure des RPN sont de plus en plus impliquées dans les troubles psychiatriques et les maladies neurodégénératives. Pouvoir visualiser, au niveau cellulaire, le cerveau d’une personne après son décès représente un outil important dans l’étude des relations entre les RPN et les différentes maladies. Cette recherche vise donc à mieux comprendre les réseaux périneuronaux dans le contexte de la santé mentale.
Par : Yuankang Lu
Description : Tomographie par cohérence optique
Cette image montre un réseau de capillaires d’une section du cortex d’une souris mesurant 1 mm² après un accident vasculaire cérébral ischémique (un accident vasculaire cérébral causé par un rétrécissement ou le blocage d’une artère).
La région sombre au milieu correspond à la zone endommagée où est la lésion. Les segments de capillaires régénérés de la zone périphérique ont tendance à croître vers le centre ischémique. La couleur des segments de capillaires représente leur orientation en fonction de la direction du centre ischémique.
Par : Paul-Noel Rousseau et Christopher Steele
Description : Imagerie de diffusion par résonance magnétique
Cette image illustre les connexions entre deux zones cérébrales, le cervelet et le pont de Varole, en un seul sujet. Le cervelet est situé à l’arrière de la tête, juste au-dessus de l’endroit où la moelle épinière se connecte au cerveau. Il est composé de différents lobules qui ont été segmentés entre chaque lobule et le pont de Varole, à l’aide de la technique de tractographie probabiliste.
Les tractus obtenus sont classés selon un code de couleur et prennent une apparence plus pâle dans les zones présentant un nombre important de lignes de courant s’entrecoupant ou de connexions. Les lobules révèlent différents modes de connectivité avec le pont de Varole, certains se projetant vers des zones rostrales de ce pont (vers l’avant) et d’autres se projetant davantage en direction caudale (vers la queue). On croit que cela représente l’organisation topographique des connexions de la matière blanche entre le pont de Varole et le cervelet.
Par : Reza Abdollahi
Description : Computed tomography angiography
Cette personne présente une implantation de microspores en raison d’un anévrisme cérébral qui a déformé l’image tomodensitométrique, démontrant la complexité de procéder à l’imagerie et à la segmentation d’usagers portant des implants métalliques.
Par : Yiming Xiao
Description : Imagerie par résonance magnétique
Les atlas cérébraux demeurent des outils importants de la formation médicale, des pronostics fondés sur l’imagerie et du diagnostic de maladies cérébrales, tout comme de la planification des neurochirurgies. Toutefois, puisque deux cerveaux ne sont pas tout à fait identiques, un atlas optimal devrait représenter la forme du cerveau moyen d’une population donnée.
Cette image illustre un tel atlas cérébral composé d’examens d’imagerie par résonance magnétique provenant de vingt personnes différentes. À l’aide du logiciel de navigation chirurgicale IBIS, développé à l’Institut Neurologique de Montréal, la surface du cerveau apparaît en bleu, les larges vaisseaux sanguins sont en jaune et le reste de la tête prend l’apparence d’une carte de couleur stylisée.
Par : Gabriel A. Devenyi, Gabriel Desrosiers-Grégoire, Elisa Guma, M. Mallar Chakravarty, Jason P. Lerch, Shoshana Spring et Emily Snook
Description : Imagerie par résonance magnétique
Cette image révèle une moyenne tridimensionnelle d’un embryon de souris prélevé à dix-huit jours de gestation, imagée à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique à haute résolution ex vivo.
L’imagerie par résonance magnétique est une modalité bien établie pour l’imagerie anatomique de grands animaux, dont l’être humain. Cependant, nous faisons face à d’importants défis technologiques lorsque vient le temps d’appliquer ces méthodes aux embryons de souris.
On a prélevé ces échantillons, afin d’étudier les effets à court terme de l’exposition à l’activation immunitaire maternelle sur le neurodéveloppement embryonnaire chez la souris. Acquérir une meilleure compréhension de la manière dont les facteurs de risques, comme l’exposition à l’activation immunitaire maternelle, affectent le développement embryonnaire est critique pour décoder comment un facteur de risque subit lors du séjour dans l’utérus peut mener à l’émergence d’anomalies neurodéveloppementales plus tard dans la vie.
Par : Shashank Ghai et Anouk Lamontagne
Description : Magnétoencéphalographie et imagerie par résonance magnétique
Cette image représente des coactivations dans le réseau auditif moteur après trois semaines d’apprentissage intensif du piano chez une personne atteinte d’accidents vasculaires cérébraux chroniques.
On a enregistré ces activations alors que la personne écoutait passivement une pièce de musique qu’elle avait apprise pendant trois semaines.
L’augmentation des coactivations dans le réseau auditif moteur (en jaune et en rouge) était accompagnée d’une amélioration de la capacité de la personne à réaliser des tâches physiques avec sa main touchée, ce qui avait aussi une influence positive sur sa qualité de vie.
Par : Jérémie Fouquet, Martin Lepage, Réjean Lebel et Luc Tremblay
Description : Imagerie par résonance magnétique vasculaire
Le réseau sanguin, aussi appelé l’arbre vasculaire, s’étire et se ramifie sur des centaines de kilomètres pour transporter les éléments essentiels au bon fonctionnement du cerveau.
Cette image illustre l’arborescence cérébrovasculaire d’une souris. Il ne s’agit pas d’un gros cerveau de souris, mais l’imagerie par résonance magnétique peut visualiser les vaisseaux sanguins qui le traversent avec grande précision. On peut détecter des vaisseaux plus fins qu’un cheveu, sans aucun danger pour l’animal. Une telle résolution permet d’étudier le rôle des artères et des veines dans un cerveau sain tout comme dans un cerveau malade. Certains cancers, par exemple, entraînent la croissance de nouveaux vaisseaux sanguins, afin de détourner des nutriments dont ils ont besoin; la maladie d’Alzheimer est souvent accompagnée ou précédée de troubles vasculaires.
Par : Michaël Bernier
Description : Imagerie par résonance magnétique vasculaire
Le cerveau humain est une machine complexe alimentée par un réseau enchevêtré de vaisseaux sanguins. Récemment, il est clairement apparu que nous devons mieux comprendre le rôle des plus petits vaisseaux sanguins au sein de cette architecture si nous voulons comprendre l’origine de plusieurs déficiences cognitives et leurs effets sur le fonctionnement et la santé du cerveau. Cependant, il est très difficile de cartographier les vaisseaux sanguins de manière non invasive dans un contexte clinique et cette technique est limitée en matière de résolution spatiale, ce qui affecte son interprétabilité.
On a créé cette image à l’aide de l’imagerie par résonance magnétique à très haute résolution après une injection de ferumoxytol dans le flot sanguin. Ce supplément à base de fer augmente fortement le contraste entre les tissus et les vaisseaux sanguins dans le cerveau, permettant une segmentation détaillée du système vasculaire.
L’image révèle les veines et les artères d’un sujet en perspective axiale (en regardant vers le bas à partir du sommet de la tête). On a créé cette image à l’aide d’une combinaison d’outils de traitement d’image et d’apprentissage machine.
Par : Alexis Leconte
Description : Microscopie de localisation ultrasonore dynamique
Cette image du cerveau d’une souris révèle la structure arborescente des vaisseaux sanguins de l’animal. Elle a été obtenue sans chirurgie, simplement en posant sur la tête du rongeur une sonde émettant des ultrasons.
On voit ici le parcours de millions de microbulles injectées dans le sang, qui circulent depuis les plus grosses artères jusqu’aux plus petits capillaires. On obtient ainsi des images du flux sanguin à un niveau de détail inégalé! Cette technique est sans danger, les microbulles étant rapidement éliminées par les poumons. Elle pourrait permettre éventuellement de mieux comprendre l’origine et la progression de maladies cérébrales comme l’Alzheimer.
Par : Erik Bélanger, Céline Larivière-Loiselle et Pierre Marquet
Description : Microholographie numérique
Des chercheurs de l’Université Laval ont obtenu cette image à l’aide d’une technique nommée microholographie numérique polychromatique. Il s’agit d’un système d’imagerie innovant qui combine la microscopie avec la reconstruction numérique d’hologrammes, permettant aux scientifiques d’analyser de façon directe et quantitative des cellules vivantes, comme les neurones présentés ici.
Cette technique d’imagerie est idéale pour étudier les cultures de prélèvements de personnes à risque de développer des maladies psychiatriques graves, comme la schizophrénie et les troubles bipolaires, dans le but de cibler des biomarqueurs de risque pour des maladies particulières.
Par : Nahid Babazadeh Khameneh
Description : Radiographie
Cette image est tirée d’une radiographie frontale, centrée sur la fosse intercondylienne du fémur gauche d’une personne placée dans une orientation de 0 à 90 degrés.
Par : Daniel Almeida
Description : Microscopie sur fond clair
Cette image montre le tissu cérébral d’une personne décédée, coloré par la réaction noire (la reazione nera), ou méthode de Golgi.
L’objectif de ce travail de recherche est de caractériser les anomalies structurelles des neurones pyramidaux préfrontaux chez des personnes décédées par suicide et ayant subi de graves sévices pendant l’enfance. Combinés à d’autres données, comme la génétique, les résultats obtenus de ce projet nous aideront à mieux comprendre l’impact des sévices subi pendant l’enfance sur les neurones pyramidaux du cerveau, à la fois au niveau structurel et moléculaire.
Par : Jemal Yesuf
Description : Microscopie sur fond clair
Le cervelet est une structure fascinante du cerveau située à la base de la tête, au-dessus de la colonne vertébrale. Nommé à juste titre le petit cerveau en latin, le cervelet comporte environ quatre fois plus de neurones que le reste du cerveau tout en composant environ 10 % de son volume total. À sa surface, le cervelet ressemble à une balle formée de crêtes (ou plis) et de sillons densément disposés et régulièrement espacés. Ces plis prennent le nom de folia en raison de leur apparence en forme de feuilles. Chaque folium est composé de matière grise externe, qui est constituée de neurones, et de matière blanche interne, qui comprend des appendices à l’apparence de fils nommés axones, par lesquels les neurones transmettent leurs signaux électriques. Si nous coupons profondément dans le cervelet, nous pouvons observer la matière blanche cérébelleuse ramifiée avec son aspect arborescent, communément appelée arbor vitae (l’expression latine pour arbre de vie). Par le biais de l’arbre de vie, le cervelet transmet de l’information à ses différentes régions et avec le reste du système nerveux.
Cette photographie montre un folium cérébelleux humain coloré pour un groupe de protéines nommées neurofilaments qui servent d’unité élémentaire pour la formation des cellules neuronales. Une bonne compréhension de l’architecture cérébelleuse devient de plus en plus cruciale, car le cervelet gagne en importance dans l’étude de différents troubles cérébraux, comme l’autisme et les maladies dégénératives.
Le 22 décembre 1895, à Würzburg en Allemagne, Wilhelm Röntgen a pris la toute première image radiographique de l’histoire — l’image de la main gauche de son épouse Anna Bertha Ludwig — une image qu’il a nommée Hand mit Ringen (Main avec bague), car on peut observer une alliance à son annulaire.
Röntgen a découvert les rayons X de façon accidentelle, sans savoir que cette découverte fortuite allait changer à jamais le domaine de l’imagerie médicale en permettant aux scientifiques de visualiser l’intérieur du corps humain de façon non invasive.
Cette œuvre est tirée de la collection « L’Art de l’imagerie », sans toutefois être produite par des membres du Réseau de Bio-Imagerie du Québec.
En 1873, Camillo Golgi a publié sa découverte de la réaction noire (la reazione nera), une méthode de coloration des tissus neuronaux. Employant du nitrate d’argent et du bichromate de potassium, cette technique permettait de visualiser la structure arborescente des dendrites neuronales, l’appendice ramifié qui reçoit les signaux de communication provenant d’autres cellules.
Cette méthode sera ensuite utilisée par celui que l’on surnomme le père des neurosciences, Santiago Ramón y Cajal, pour créer ses célèbres illustrations de neurones dessinées à la main. L’une de ces images est exposée ici.
On a décerné le prix Nobel de physiologie ou médecine de 1906 à Golgi et Cajal, en reconnaissance de leurs travaux sur l’organisation structurelle du système nerveux.
Cette œuvre est tirée de la collection « L’Art de l’imagerie », sans toutefois être produite par des membres du Réseau de Bio-Imagerie du Québec.
Par : Chloé Bourquin
Description : Microscopie de localisation ultrasonore dynamique et imagerie ultrasonore ultrarapide
On a obtenu cette image d’un cerveau de souris au moyen de l’injection de microbulles (gauche). Rassurez-vous, ces bulles ne mesurent que quelques micromètres de diamètre : transportées par le sang, elles peuvent circuler dans l’ensemble du corps à travers les plus petits capillaires sans causer de dommages. Dans le cas de notre souris, on a suivi plusieurs millions de bulles dans l’ensemble du cerveau pour environ 10 minutes à l’aide de l’imagerie ultrasonore; après la localisation précise de chacune des microbulles, on a généré l’image située à gauche. La résolution obtenue est plus précise que celle offerte par l’imagerie ultrasonore conventionnelle (droite). La synchronisation avec la fréquence cardiaque a permis de rendre ces images dynamiques. Ainsi, alors que la microscopie peine à pénétrer la surface du cerveau de plus de quelques millimètres, nous réussissons, sans faire appel à la chirurgie, à filmer le sang dans l’ensemble du cerveau à une vitesse de 1 000 images par seconde, avec une résolution de quelques micromètres. Cette technique pourrait contribuer à mieux comprendre la dynamique du flot sanguin. Un durcissement des artères vieillissantes peut provoquer une augmentation de la variation de vitesse du flot sanguin dans le cerveau, des microhémorragies et ultimement, des maladies neurodégénératives comme la démence. Par conséquent, on pourrait diagnostiquer ces maladies plus rapidement à l’aide de cette méthode dans le but d’interrompre leur progression avant que les dommages ne soient trop importants.
Afin d'en apprendre davantage sur cette image, de la part de la scientifique qui l’a créée, regardez cette vidéo.
Par : Maggie Roy, François Rheault
Description : Imagerie de diffusion par résonance magnétique et tomographie par émission de positrons
Le cerveau humain est celui de nos organes qui consomme le plus d’énergie. En employant des méthodes d’imagerie, des scientifiques ont mesuré la consommation d’énergie de la matière grise dans le cerveau depuis des décennies dans le but d’évaluer son intégrité. Nous savons maintenant que la matière blanche du cerveau — les connexions — consomme aussi beaucoup d’énergie. Dans l’image montrée ici, chaque ligne représente une connexion dans le cerveau, formant une large autoroute nommée le cingulum. La zone postérieure du cingulum (vers l’arrière) est impliquée dans les processus liés à la mémoire. L’énergie — dans le cas présent, du sucre consommé le long de chaque connexion — est illustrée par un code de couleur. Plus le niveau d’énergie est élevé, plus la couleur est « chaude » (rouge). Des chercheurs ont récemment été en mesure de démontrer chez des patients atteints de la maladie d’Alzheimer que la consommation d’énergie est réduite, tout particulièrement sur ces autoroutes de la mémoire, ce qui pourrait expliquer la déficience
Afin d’en apprendre davantage sur cette image, de la part de la scientifique qui l’a créée, regardez cette vidéo.