Description

La seconde moitié de la grossesse est une période extrêmement riche pour le développement cérébral, au cours de laquelle se déroulent des processus clés tels que la neurogenèse, la migration neuronale et la croissance axonale ; des structures transitoires se forment et disparaissent, tandis que le volume cérébral est multiplié par plus de dix. Une technique d'imagerie ex vivo par blocs récemment mise au point à NeuroSpin nous permet d'apporter un regard nouveau sur les tissus cérébraux en développement, en tirant parti de l'IRM à ultra haut champ (11,7 teslas) pour acquérir des images sans précédent de l'ensemble du cerveau à une résolution mésoscopique (100 à 200 µm 3D isotrope) . Les données acquises sont hautement multiparamétriques, comprenant une cartographie quantitative T1, T2 et T2*, ainsi qu'une imagerie pondérée en diffusion à haute résolution angulaire et à plusieurs pondérations (b = 1500, 4500, 8000 s/mm² avec respectivement 25, 60 et 90 directions) à une résolution isotrope de 200 µm.
Afin d'atteindre un tel niveau de détail, un scanner à petit diamètre (diamètre utile de 5 cm) est utilisé pour des acquisitions de longue durée (150 heures par champ de vue). Les cerveaux de plus de 20 semaines de gestation sont trop volumineux et sont donc sectionnés en blocs dont la taille est compatible avec le scanner. Les images des blocs sont recalées à l'aide d'un protocole semi-automatique dédié, puis fusionnées pour reconstruire un ensemble d'images du cerveau entier. Bien que ce protocole nous ait permis d'obtenir des images de bonne qualité sur plusieurs spécimens de cerveaux fœtaux (3 publiés, 3 autres cerveaux en cours à fin 2025), les données d'imagerie de diffusion n’ont pas été complètement analysées : en effet, la nature par blocs des acquisitions pose des défis uniques, notamment en raison de la discontinuité à la frontière entre les blocs, mais aussi des déformations non linéaires des images et de la non-linéarité des gradients de champ magnétique.
Le (la) doctorant(e) sera accueilli(e) au sein de l'équipe inDEV (imagerie des phénotypes neurodéveloppementaux) en étroite collaboration (co-supervision) avec l'équipe Ginkgo, qui est experte dans les méthodes d'imagerie de diffusion et a mis au point la technique d'acquisition par blocs sur un cerveau adulte appelé Chenonceau. Le sujet se situe à l'interface entre l'imagerie, l'algorithmique, et les neurosciences du développement : le travail proposé comprendra le développement et l'évaluation comparative de nouvelles méthodes de traitement dédiées à l’IRM de diffusion par blocs afin d'obtenir une tractographie de haute qualité et d'ajuster des modèles microstructurels de diffusion. Il comprendra également une partie expérimentale, avec une participation à l'acquisition et à la reconstruction de nouveaux cerveaux, à la fois des spécimens typiques et des spécimens pathologiques présentant une agénésie du corps calleux. Enfin, le (la) candidat(e) explorera les applications neuroscientifiques de ce jeu de données sans précédent, qui présente un potentiel exceptionnel pour décrire des processus tels que le développement des voies sous-corticales et des faisceaux associatifs, et pour devenir le premier atlas du cerveau fœtal en développement incluant l’architecture des fibres à l'échelle mésoscopique.

Compétences requises

Master 2 ou diplôme d'ingénieur Formation solide en analyse d'images et/ou mathématiques appliquées Programmation : Python, C++ Intérêt pour les neurosciences du développement Intérêt pour le travail expérimental, notamment sur pièces anatomiques Maîtrise de l'anglais écrit et parlé

Bibliographie

Arcamone et al. Multimodal imaging of human fetal brain development at the mesoscopic scale using 11.7 T ex vivo MRI. bioRxiv preprint (2025). Under review.
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Wilson et al. Development of human white matter pathways in utero over the second and third trimester. PNAS 118 (2021).
Brandstaetter et al. Differential microstructural development within sensorimotor cortical regions: A diffusion MRI study in preterm and full-term infants. Developmental Cognitive Neuroscience 75 (2025).
Mitra et al. A three-dimensional histological cell atlas of the developing human brain. Preprint (2025).
Vasung et al. Ex vivo fetal brain MRI: Recent advances, challenges, and future directions. NeuroImage 195, 23–37 (2019).
Beaujoin, J. et al. CHENONCEAU: towards a novel mesoscopic (100/200µm) post-mortem human brain MRI atlas at 11.7T. in OHBM (Rome, Italy, 2019).
Arcamone et al. Multimodal imaging of human fetal brain development at the mesoscopic scale using 11.7 T ex vivo MRI (v1). EBRAINS (2025). Dataset.
Zhang, H. et al. NODDI: Practical in vivo neurite orientation dispersion and density imaging of the human brain. NeuroImage 61, 1000–1016 (2012).
Jeurissen, B. et al. Multi-tissue constrained spherical deconvolution for improved analysis of multi-shell diffusion MRI data. NeuroImage 103, 411–426 (2014).

Mots clés

neurodéveloppement, IRM de diffusion, IRM ultra haut champ, fœtus, imagerie mésoscopique