Thèse Création d'Un Atlas Cérébral Incrémentable et Multimodal Faisceaux de Fibres Blanches Sites Fonctionnels Métabolome et Histologie. H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Tours
École doctorale : Santé, Sciences Biologiques et Chimie du Vivant - SSBCV
Laboratoire de recherche : Imaging, Brain & Neuropsychiatry
Direction de la thèse : Frédéric ANDERSSON ORCID 0000000223432450
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-27T23:59:59

Notre groupe produit des données concernant le cerveau: métabolomiques, histologiques, anatomiques et fonctionnelles (stimulation électrique peropératoire) dont la fusion permettrait une meilleure cartographie multi-modale. La localisation spatiale de ces stimulations est établie visuellement sur la base de photographie de la cavité opératoire. Afin d'améliorer cette méthode subjective et peu reproductible, nous proposons d'adapter la méthode FIBRASCAN, qui permet une reconstruction anatomique de dissection spécimens (post-mortem) avec des acquisitions itératives de surface (scanner laser + photo). Plusieurs méthodes alternatives d'acquisition seront évaluées, puis la reconstruction surfacique sera réalisée lors de chirurgies éveillées par la ou les méthodes validée(s). Enfin, un atlas multi-sujets et multimodal sera développé, incluant l'ensemble de ces données: métabolomiques, histologiques, anatomiques et fonctionnelles et qui sera incrémentable et diffusé à la communauté.

Notre groupe produit des données multimodales d'interprétation complexe sans un référentiel commun :
Des données métabolomiques post-mortem du cerveau humain régulièrement échantillonnées en cubes de 7x7x7 mm (PEPR santé numérique Brain Deep Phenotyping). Les données sont des concentrations relatives de plusieurs centaines de métabolites par cube.
Des données histologiques et en IRM de diffusion à haute résolution obtenues sur des cubes de même taille chez d'autres individus (PEPR santé numérique, Brain Deep Phenotyping et BrainMIT). Ici, les données sont des volumes histologiques reconstruits à partir de coupes ainsi que des volumes IRM (CEA MIRCen et Neurospin)
Des données fonctionnelles issues de la stimulation électrique peropératoire obtenues lors de l'ablation de tumeurs cérébrales sous chirurgie éveillée. Les données sont les réponses obtenues lors des stimulations : réponses ou inhibitions motrices, interruptions de la tâche en cours... Il convient de les localiser précisément par rapport aux grands faisceaux de fibres blanches reliant les régions corticales et sous-corticales (cartographie fonctionnelle) afin d'en mieux comprendre la fonction.
Ce dernier point, la localisation spatiale des stimuli, est à ce jour établie par le chirurgien sur une photographie de la cavité opératoire prise en fin de résection, montrant les sites de stimulation. Cette méthode, dont une abondante littérature dérive pourtant (1), apparaît subjective, peu reproductible et fortement dépendante de l'expertise anatomique de l'opérateur. Nous souhaitons l'améliorer à l'aide d'acquisitions de surface du champ opératoire, une approche dérivée de la méthode FIBRASCAN (2-3) développée par notre groupe (ANR FIBRATLAS). Cette méthode permet une reconstruction précise des faisceaux de fibres blanches cérébrales à partir de la dissection de spécimens anatomiques (post-mortem) dans un volume IRM. Du fait d'acquisitions itératives de surface (scanner laser) et de texture (photographie), elle est pourtant incompatible avec l'environnement du bloc opératoire.
Plusieurs méthodes alternatives peuvent être proposées pour ces acquisitions. Un scanner surfacique, plus petit, utilisé en chirurgie bucco-dentaire, capture simultanément la texture et la surface du champ opératoire. Il impose néanmoins une distance très faible au spécimen et des durées d'acquisition susceptibles de limiter son utilisation au bloc opératoire. La photogrammétrie reconstruit une surface texturée à partir de prises de vues photographiques multiples (4). Elle allie rapidité et distance élevée au spécimen, mais sa précision doit être évaluée.

Construire un atlas du cerveau humain capable de recevoir et fusionner des données issues de modalités et d'individus différents
Alimenter cet atlas en réponses fonctionnelles en adaptant FIBRASCAN au bloc opératoire.

Le travail de thèse comportera trois parties.
Partie 1 : évaluation et intégration de la photogrammétrie et d'un scanner 3d type dentaire' à FIBRASCAN. Le doctorant comparera la précision, la reproductibilité et la durée d'acquisition des surfaces et des textures obtenues avec trois modalités différentes: méthode FIBRASCAN originale (scanner laser + photo), photogramétrie et scanner dentaire. Il utilisera un objet simple de géométrie connue puis, afin de se rapprocher des conditions opératoires, un cerveau humain cadavérique en cours de dissection. En support des compétences propres du laboratoire, cette étape bénéficiera de l'expertise du Dr RENAUD, MCU-PH en médecine et chirurgie bucco-dentaire et de Mr. BOURRY, photographe à l'université de Tours.
Partie 2 : acquisition peropératoire de la surface du champ opératoire. La reconstruction surfacique sera réalisée lors de chirurgies éveillées par les méthodes proposées ou par celle qui aura clairement démontré sa supériorité: en fin de résection tumorale, la surface de la cavité opératoire, incluant les étiquettes marquant les sites de stimulation, sera acquise. Elle sera recalée elastiquement sur la surface de la cavité opératoire reconstruite à partir de l'IRM post-opératoire à 3 mois de la chirurgie. Il sera alors possible de localiser les réponses aux stimulations électriques par rapport aux faisceaux sous-jacents de fibres blanches. Cette étape se fera en collaboration avec le Pr I Zemmoura, neurochirurgien, membre d'iBraiN (acquisitions peropératoires), et bénéficiera de l'expertise de B Serres (traitement de surfaces complexes).
Partie 3: construction d'un atlas multimodal. Dans un premier temps un atlas individuel sera construit (un individu-une modalité) en portant les données dans l'IRM correspondante:
Pour les réponses fonctionnelles, les sites de stimulation seront reportés sur l'IRM préopératoire après réalignement des données préopératoires et postopératoires.
Pour les données métabolomiques, les valeurs des dosages seront reportées sur l'IRM réalisée avant la découpe de l'encéphale en cubes de 7x7x7 mm. Cette étape utilisera le procédé de découpe mis au point par L. Barantin (iBraiN) qui assure le positionnement des cubes dans l'espace IRM.
De la même façon, les données histologiques et IRM à haute définition seront rapportées dans le volume de l'IRM. Dans les deux PEPR santé numérique, l'objectif n'est pas de réaliser une étude histologique/IRM à haut champ exhaustive, mais de la limiter à quelques dizaines de cubes par hémisphère afin d'obtenir des données représentatives du tissu cérébral. Le livrable ne sera donc pas une représentation complète de l'histologie de l'encéphale, un objectif au-delà des ressources allouées à ces projets, mais un volume IRM dans lequel les cubes imagés en IRM/histo seront repositionnés.
Dans un second temps, les atlas individuels de ces différentes modalités seront portés dans un référentiel anatomique commun (template MNI) conçu pour être facilement incrémentable afin d'en accroître la pertinence. À terme, il sera ouvert à la communauté et permettra d'ajouter des données provenant de plusieurs équipes utilisant les mêmes méthodes et de regrouper des données anatomiques (IRM des faisceaux de fibres blanches), fonctionnelles (sites de stimulation et réponses évoquées), microscopiques (histologie) et moléculaires (métabolomique).