Faisceaux de substance blanche et connectivité

La substance blanche est constituée d'axones myélinisés qui relient différentes parties du système nerveux. Regroupées en faisceaux, ces fibres connectent les aires corticales entre elles, unissent les deux hémisphères et transportent l'information entre le cortex, les noyaux sous-corticaux et la moelle épinière, formant ainsi le câblage par lequel les régions du cerveau communiquent.

Definition

Les faisceaux de substance blanche sont des regroupements organisés d'axones myélinisés qui connectent les régions du système nerveux central ; la connectivité fait référence au réseau de liens structurels qui en résulte, de plus en plus décrit et quantifié comme le connectome du cerveau.

Scope

Ce sujet aborde les trois classes de fibres de la substance blanche cérébrale — les faisceaux d'association, commissuraux et de projection —, les voies nommées telles que le faisceau arqué et le corps calleux, ainsi que le concept de connectivité structurelle et le connectome. Il traite également de la manière dont l'imagerie de diffusion visualise les faisceaux. Il s'agit d'une référence anatomique et méthodologique, et non d'une orientation clinique.

Core questions

• Comment la substance blanche cérébrale est-elle organisée en faisceaux d'association, commissuraux et de projection ?
• Quelles sont les principales voies nommées qui connectent les régions du cerveau ?
• Comment la connectivité structurelle est-elle mesurée et décrite comme un réseau ?

Key concepts

• Fibres d'association
• Fibres commissurales (corps calleux)
• Fibres de projection (capsule interne, tractus corticospinal)
• Myélinisation
• Anisotropie de diffusion et tractographie
• Connectivité structurelle et connectome
• Mesures de réseau basées sur la théorie des graphes

Mechanisms

Les faisceaux de substance blanche se répartissent en trois groupes : les fibres d'association reliant les régions au sein d'un même hémisphère, les fibres commissurales telles que le corps calleux unissant les hémisphères, et les fibres de projection telles que le tractus corticospinal connectant le cortex aux structures inférieures. Étant donné que l'eau diffuse préférentiellement le long de la direction des axones myélinisés, l'IRM de diffusion peut mesurer cette anisotropie et en déduire l'orientation des fibres (Pierpaoli & Basser, 1996), permettant ainsi de reconstruire et de cartographier les principaux faisceaux dans un espace standard (Hua et al., 2008). Le fait de considérer les régions comme des nœuds et les faisceaux comme des liens permet d'analyser la connectivité à l'aide d'outils de la théorie des graphes qui décrivent le cerveau comme un réseau doté de hubs et de modules (Bullmore & Sporns, 2009). Les lésions diffuses de la substance blanche irriguée par de petits vaisseaux peuvent également être détectées par imagerie (Wardlaw et al., 2013).

Clinical relevance

L'anatomie et la connectivité de la substance blanche fournissent le cadre pour comprendre comment les régions cérébrales sont liées et comment ce câblage est imagé. Cette entrée constitue une référence sur la structure et les méthodes ; elle ne fournit pas de seuils diagnostiques ni de conseils de traitement.

History

Les principaux faisceaux de fibres ont été décrits par dissection classique bien avant qu'ils ne puissent être observés dans des cerveaux vivants. L'introduction de l'imagerie par tenseur de diffusion et des mesures quantitatives d'anisotropie (Pierpaoli & Basser, 1996) a rendu les faisceaux visibles et mesurables in vivo, conduisant à des atlas de faisceaux probabilistes (Hua et al., 2008). Le cadre du connectome qui a suivi a reformulé ces voies comme un réseau quantifiable susceptible d'être analysé par la théorie des graphes (Bullmore & Sporns, 2009).

Debates

Dans quelle mesure la tractographie reconstitue-t-elle fidèlement les véritables faisceaux anatomiques ?

La tractographie basée sur la diffusion infère indirectement les voies à partir des schémas de diffusion de l'eau et peut produire des connexions fausses ou manquantes ; par conséquent, la correspondance entre les faisceaux reconstruits et la véritable anatomie axonale demeure une préoccupation méthodologique active.

Key figures

• Peter Basser
• Carlo Pierpaoli
• Edward Bullmore
• Olaf Sporns

Seminal works

• pierpaoli-1996
• hua-2008
• bullmore-2009

Frequently asked questions

Quels sont les trois principaux types de fibres de la substance blanche ?

Les fibres d'association connectent les régions au sein du même hémisphère, les fibres commissurales telles que le corps calleux connectent les deux hémisphères, et les fibres de projection connectent le cortex aux structures plus profondes et à la moelle épinière.

Comment les faisceaux de substance blanche sont-ils imagés chez les personnes vivantes ?

L'IRM de diffusion mesure le mouvement directionnel de l'eau le long des axones myélinisés, et la tractographie utilise cette information pour reconstruire et cartographier les principales voies de fibres.