Exploitation conjointe d'informations anatomiques et fonctionnelles tridimensionnelles pour l'imagerie cérébrale post mortem chez le rongeur
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The recent development of dedicated small animal anatomical (MRI) and functional (microPET) scanners has opened up the possibility of performing repeated functional in vivo studies in the same animal as the longitudinal follow-up of cerebral glucose metabolism. However, these systems still suffer technical limitations including a limited sensitivity and a reduced spatial resolution. Hence, autoradiography and histological studies remain the reference and widely used techniques for biological studies in small animals. The major disadvantage of these post mortem imaging techniques is that they require brain tissue sectioning, entailing the production of large numbers (up to several hundreds) of serial sections and the inherent loss of three-dimensional (3D) spatial consistency. The first step towards improving the analysis of this post mortem information was the development of reliable, automated procedures for the 3D reconstruction of the whole brain sections. We first developed an optimized data acquisition from large numbers of post mortem data (2D sections and blockface photographs). Then, we proposed different strategies of 3D reconstruction of the corresponding volumes. We also addressed the histological to autoradiographic sections and to blockface photographs co-registration problem (the photographic volume is intrinsically spatially consistent). These developments were essential for the 3D reconstruction but also enabled the evaluation of different methods of functional data analysis, from the most straightforward (manual delineation of regionsof- interest) to the most automated (Statistical Parametric Mapping-like approaches for group analysis). Two biological applications were carried out : visual stimulation in rats and cerebral metabolism in a transgenic mouse model of Alzheimer's disease. One perspective of this work is to match reconstructed post mortem data with in vivo images of the same animal.
Abstract FR:
L'émergence de systèmes d'imagerie anatomique (IRM) et fonctionnelle (microTEP) haute résolution pour le Rongeur rend aujourd'hui possible la réalisation d'études in vivo et répétées sur le même animal, comme par exemple le suivi longitudinal de la consommation de glucose cérébral. Cependant, ces systèmes souffrent encore de limitations technologiques telles qu'une sensibilité et une résolution spatiale limitées. Dans ce contexte, l'autoradiographie et l'histologie restent aujourd'hui les techniques de référence les plus largement utilisées pour les _études sur le petit animal en biologie. L'inconvénient majeur de ces techniques d'imagerie post mortem est qu'elles nécessitent la coupe des cerveaux, entraînant la production de centaines de coupes par animal ainsi que la perte de toute cohérence tridimensionnelle (3D). La reconstruction d'un volume biologique en 3D à partir de coupes d'autoradiographie ou d'histologie doit permettre d'améliorer notablement l'exploitation de cette information post mortem et ainsi d'ouvrir de nouvelles perspectives en termes d'analyse de données. Après avoir mis en place des systèmes d'acquisition entièrement automatisés des données (coupes 2D et photographies du plan de coupe), nous avons développé différentes stratégies de reconstruction 3D. Nous avons ainsi envisagé aussi bien la mise en correspondance anatomo-fonctionnelle que la prise en compte de l'information fournie par les photos (cohérence 3D intrinsèque au bloc photographique). Ces travaux, indispensables pour la reconstruction 3D, ont ensuite permis d'évaluer différentes méthodes d'analyse des données fonctionnelles de la plus simple et la plus opérateur-dépendante (tracé de régions d'intérêt) à la plus automatique (analyse statistique de groupes de type Statistical Parametric Mapping). Deux applications biologiques ont été étudiées : stimulation visuelle chez le rat et métabolisme chez un modèle de souris transgéniques Alzheimer. Une perspective de ce travail est le couplage en 3D des informations obtenues post mortem et acquises in vivo à une échelle macroscopique.