Des scientifiques cartographient la substance blanche cérébrale de la naissance à 100 ans dans une étude historique

La substance blanche représente près de la moitié du volume cérébral total et constitue la principale infrastructure de communication du cerveau, reliant les régions corticales et sous-corticales par de denses faisceaux d'axones myélinisés. Les perturbations de l'intégrité de la substance blanche sont impliquées dans des pathologies allant de l'autisme et de la schizophrénie à la maladie d'Alzheimer et à la sclérose en plaques. Pourtant, jusqu'à présent, il n'existait aucune référence normative standardisée pour la structure de la substance blanche tout au long de l'espérance de vie humaine — une lacune critique qui limitait à la fois la recherche et les applications cliniques.

Pour combler ce manque, des chercheurs de l'Université Vanderbilt et d'institutions partenaires ont assemblé et standardisé 35 120 scanners cérébraux par IRM de diffusion, issus de nombreuses cohortes mondiales couvrant la période allant de la naissance à 100 ans. Il s'agit de l'un des efforts d'harmonisation en neuroimagerie les plus importants à ce jour. L'équipe a appliqué des pipelines de prétraitement rigoureux pour extraire à la fois des métriques microstructurales — telles que l'anisotropie fractionnelle (FA), la diffusivité moyenne (MD) et d'autres paramètres de modélisation par tenseur de diffusion et de modélisation avancée — et des métriques macrostructurales, notamment le volume et la longueur des faisceaux pour des dizaines de voies spécifiques de la substance blanche.

À partir de ces données, les chercheurs ont construit des courbes de référence basées sur des centiles, analogues aux courbes de croissance pédiatriques de la taille et du poids. Ces courbes révèlent que la substance blanche suit une trajectoire caractéristique au cours de l'espérance de vie : une maturation microstructurale rapide durant la petite enfance et l'enfance précoce, une période de stabilité relative jusqu'au début de l'âge adulte, puis un déclin progressif lié à l'âge s'amorçant à la mi-vie et s'accélérant au cours des décennies suivantes. Il est important de noter que les trajectoires diffèrent substantiellement d'un faisceau à l'autre, les fibres d'association, les fibres de projection et les fibres commissurales présentant chacune des calendriers de développement et des profils de vieillissement distincts.

L'utilité clinique de ces courbes a été démontrée en comparant des individus atteints de pathologies neurologiques ou psychiatriques connues aux valeurs normatives de référence. Les scores d'écart (exprimés en centiles ou en scores z) ont permis de distinguer de manière fiable les individus atteints des sujets sains et de quantifier le degré d'anomalie de la substance blanche de façon standardisée et interprétable. Cette approche reflète celle déjà utilisée par les cliniciens avec les courbes de volume cérébral pour des pathologies telles que la démence, mais étend désormais cette capacité à l'architecture du cerveau au niveau des fibres.

L'ensemble des données des courbes a été rendu librement accessible, permettant à tout chercheur ou clinicien de comparer les données d'un nouveau patient à ces références normatives. Les auteurs reconnaissent que, bien que le jeu de données soit large et diversifié, la représentativité démographique dans certaines tranches d'âge — notamment la toute petite enfance et les personnes les plus âgées — reste inégale, et qu'il sera important de poursuivre la collecte de données dans les groupes sous-représentés. La variabilité des scanners et des protocoles entre les études participantes a été traitée par harmonisation, mais demeure une source potentielle de bruit résiduel.