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Qu'est-ce que la tractographie – et pourquoi est-ce important?
Le cerveau est un réseau très complexe de cellules nerveuses interconnectées par des voies délicates – appelées fibres nerveuses ou voies. Ces connexions sont essentielles pour le mouvement, la parole, la pensée et de nombreuses autres fonctions. Pour visualiser ces structures, les chercheurs utilisent une tractographie, une technique d'imagerie qui calcule le cours des voies nerveuses basées sur des examens d'IRM spécialisés. Ces informations sont particulièrement cruciales pour la planification des chirurgies cérébrales, telles que celles réalisées sur des patients atteints d'épilepsie subissant une intervention chirurgicale.
Les méthodes de tractographie actuelles reposent sur des modèles mathématiques qui déduisent l'emplacement des voies nerveuses à partir des données IRM. Cependant, ces méthodes impliquent souvent des incertitudes, en particulier lorsque le cerveau a été modifié en raison d'une maladie ou d'une chirurgie. C'est là que les méthodes d'IA modernes entrent en jeu: en tirant parti de l'apprentissage automatique, ces systèmes peuvent reconnaître les modèles et générer des reconstructions plus précises.
La tractographie alimentée par l'IA montre un potentiel – mais aussi des défis
Dans l'étude, les chercheurs ont testé une méthode d'IA largement utilisée appelée TractSeg, initialement formée sur des cerveaux sains. L'équipe a étudié si cela pouvait également fonctionner pour les patients atteints d'épilepsie qui avaient subi une hémisphérotomie – une procédure chirurgicale qui déconnecte les deux hémisphères du cerveau.
Les résultats ont montré que TractSeg a bien performé dans de nombreux cas mais a également produit des erreurs inattendues: il a reconstruit les voies nerveuses qui ne devraient plus exister en raison de la chirurgie – un phénomène appelé «hallucination». Dans le même temps, certaines voies restantes ont été incomplètement capturées ou manquées entièrement dans la reconstruction.
Une nouvelle approche hybride pour des reconstructions plus précises
Pour résoudre ces problèmes, l'équipe a développé une nouvelle méthode hybride qui combine les avantages de l'IA avec la fidélité des données des techniques traditionnelles. Cette approche garantit que seules les connexions nerveuses existantes sont reconstruites. Le résultat: plus d'hallucinations, une meilleure détection des voies préservées et des reconstructions globales plus précises – même dans des cerveaux sains.
Le professeur Thomas Schultz, chercheur principal dans les sciences de la vie de l'Institut Lamarr et professeur à l'Institut d'informatique de l'Université de Bonn, souligne l'importance de ce travail: « Notre étude démontre à la fois le potentiel et les limites de la tractographie alimentée par l'IA dans les applications cliniques. La combinaison de l'IA avec des méthodes traditionnelles offre une solution prometteuse pour des reconstructions plus précises, en particulier lorsqu'ils traitent des données des patients affectées par les changements pathologiques. Notre objectif est d'affiner davantage ces approches et de les rendre applicables à la neurochirurgie à long terme. «
Financé par un prix de recherche TRA de l'Université de Bonn
Cette publication est le résultat d'une collaboration financée par le Modeling for Life and Health Research Award de la modélisation et de la santé des zones de recherche transdisciplinaires de l'Université de Bonn. Le projet a été mené en partenariat avec PD Dr. Theodor Rüber, chercheur principal du groupe de neuroimagerie translationnel et neurologue au Département de neuroradiologie de l'UKB. Les domaines de recherche transdisciplinaires de l'Université de Bonn (TRA) servent de centres d'innovation et d'exploration dans la recherche et l'éducation, permettant aux chercheurs de collaborer à travers les disciplines et les facultés, ainsi qu'avec des partenaires externes, pour relever les principaux défis scientifiques, technologiques et sociétaux. Cette première publication conjointe illustre comment l'échange entre la recherche sur l'IA et les neurosciences peut aider à faire progresser les procédures médicales – offrant des avantages directs aux patients.
De plus, le projet a été soutenu par le programme BNTRAINEE à l'Université de Bonn et le programme de clinicien en neuroscience neuro-acsis.
