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V.Nozais, S. Forkel, L. Petit & M. Thiebaut de Schotten in Nature Communications Biology

Abstract

In recent years, the field of functional neuroimaging has moved away from a pure localisationist approach of isolated functional brain regions to a more integrated view of these regions within functional networks. However, the methods used to investigate functional networks rely on local signals in grey matter and are limited in identifying anatomical circuitries supporting the interaction between brain regions. Mapping the brain circuits mediating the functional signal between brain regions would propel our understanding of the brain’s functional signatures and dysfunctions. We developed a method to unravel the relationship between brain circuits and functions: The Functionnectome. The Functionnectome combines the functional signal from fMRI with white matter circuits’ anatomy to unlock and chart the first maps of functional white matter. To showcase this method’s versatility, we provide the first functional white matter maps revealing the joint contribution of connected areas to motor, working memory, and language functions. The Functionnectome comes with an open-source companion software and opens new avenues into studying functional networks by applying the method to already existing datasets and beyond task fMRI.

Press release by the CNRS

Sorry it’s in french !

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) permet d’explorer sans danger les activations cérébrales chez l’humain. Le Functionnectome est une toute nouvelle méthode d’exploration des activations fonctionnelles liées à une tâche qui révèle la contribution des circuits de la substance blanche au fonctionnement du cerveau humain. Ce faisant, nous pouvons évaluer pour la première fois l’intégration fonctionnelle qui se produit au niveau des circuits du cerveau. Par rapport à l’IRMf classique, le Functionnectome fournit également des résultats avec un niveau de réplication plus élevé. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature Communications Biology.

Ces dernières années, le domaine de la neuroimagerie fonctionnelle s’est éloigné d’une approche purement localisationniste des régions cérébrales fonctionnelles pour s’orienter vers une vision plus intégrée de ces régions au sein de réseaux fonctionnels. En effet le fonctionnement cérébral émergerait plutôt de l’échange entre les régions cérébrales qui n’était pas mesuré avec les méthodes traditionnelles.

Les méthodes utilisées pour étudier les réseaux fonctionnels reposent sur des signaux locaux dans la matière grise et sont très limitées dans l’identification des circuits anatomiques soutenant les échanges entre les régions du cerveau. L’identification systématique des circuits cérébraux médiateurs du signal fonctionnel entre les régions du cerveau permettrait de mieux comprendre les signatures et les dysfonctionnements fonctionnels du cerveau.

Les scientifiques ont mis au point une méthode permettant de mettre à jour la relation entre les circuits cérébraux et les fonctions : Le Functionnectome. Le Functionnectome associe le signal fonctionnel de l’IRMf à l’anatomie des circuits de la substance blanche afin d’établir les premières cartes de la substance blanche fonctionnelle. Pour démontrer la polyvalence de cette méthode, ils fournissent les premières cartes de matière blanche fonctionnelle révélant la contribution conjointe des zones connectées aux fonctions motrices, à la mémoire de travail et au langage. Le Functionnectome est livré avec un logiciel compagnon open-source et ouvre de nouvelles voies dans l’étude des réseaux fonctionnels en appliquant la méthode à des ensembles de données d’IRMf déjà existantes et potentiellement à d’autre données comme la tomographie par émission de positrons, l’électroencéphalographie, la morphométrie ou l’épaisseur corticale…

© Michel Thiebaut de Schotten Figure : Activation des réseaux cérébraux associés à une tâche motrice manuelle (main droite). A gauche vue latérale de l’hémisphère cérébral gauche avec ses activations. A droite, coupes horizontales du cerveau montrant ces mêmes activations.
© Michel Thiebaut de Schotten Figure : Activation des réseaux cérébraux associés à une tâche motrice manuelle (main droite). A gauche vue latérale de l’hémisphère cérébral gauche avec ses activations. A droite, coupes horizontales du cerveau montrant ces mêmes activations.

Référence de l’article

Functionnectome as a framework to analyse the contribution of brain circuits to fMRI
Victor Nozais, Stephanie J. Forkel, Chris Foulon, Laurent Petit, Michel Thiebaut de Schotten
Nature Communications Biology  2 sept 2021.
https://doi.org/10.1038/s42003-021-02530-2

 


Source : Communiqué du CNRS.
https://insb.cnrs.fr/fr/cnrsinfo/le-functionnectome-pour-explorer-lactivation-fonctionnelle-des-circuits-cerebraux

17/09/21