Un outil d'IA révolutionnaire génère une carte en 3D du cerveau
Il s'agit d'une vue détaillée du cerveau comme on n'en a jamais vu auparavant : elle permet aux utilisateurs de faire des zooms avant et arrière, sous tous les angles, comme sur une carte de Google Earth
Des chercheurs de l'université de Floride ont créé un nouvel outil informatique et d'intelligence artificielle puissant, capable de générer une carte 3D à haute résolution du cerveau de souris, permettant aux utilisateurs de faire des zooms avant et arrière - sous tous les angles, comme sur une carte Google Earth - et d'observer l'ensemble des molécules qui produisent de l'énergie pour les fonctions cérébrales.
Ce nouvel outil piloté par l'IA, financé par des subventions de recherche des National Institutes of Health, rapproche les scientifiques d'une compréhension plus complète du rôle du métabolisme dans la maladie d'Alzheimer et d'autres troubles neurodégénératifs. Cela pourrait ouvrir un nouvel éventail de possibilités pour découvrir des traitements ciblés.
Dans un article publié dans la revue Nature Metabolism, une équipe de recherche dirigée par Ramon Sun, docteur en sciences, explique comment elle a développé son outil révolutionnaire MetaVision3D en utilisant le superordinateur HiPerGator de l'université de Floride. Comme preuve de principe, ils ont généré un atlas interactif en 3D du cerveau de souris normales et de souris modèles de la maladie d'Alzheimer et de la maladie de Pompe, une maladie génétique rare. Le laboratoire de M. Sun a rendu sa base de données et son serveur web accessibles au public afin d'aider le nombre croissant de scientifiques qui étudient les liens entre le métabolisme et l'esprit.
"Grâce à notre méthodologie, nous pouvons cartographier des milliers de molécules dans le cerveau et déterminer avec précision leur emplacement dans chaque région cérébrale. C'est sans précédent", a déclaré M. Sun, directeur du Center for Advanced Spatial Biomolecule Research et directeur associé pour l'innovation du McKnight Brain Institute de l'UF. "Nous n'aurions pas pu le faire sans le financement des NIH. Ce financement alimente nos efforts pour découvrir les moteurs métaboliques de la maladie d'Alzheimer et ouvrir la voie à de nouvelles interventions pour prévenir et traiter cette maladie dévastatrice".
Les utilisateurs en ligne peuvent explorer chaque section de tissu dans la reconstruction 3D, qui met en lumière des complexités nuancées non visibles sur les cartes 2D conventionnelles, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur le métabolisme cellulaire - influencé par l'alimentation, l'exercice et la génétique - ainsi que sur les mécanismes de la maladie.
"Sur Google Earth, je peux zoomer sur une ville et voir à quoi ressemble une maison, à quoi ressemble la rue, quelles sont les voitures qui s'y trouvent. C'est le niveau de résolution que nous avons fourni pour le cerveau de la souris dans cet espace tridimensionnel, et la façon dont il change au cours des maladies", a déclaré M. Sun, également professeur agrégé au département de biochimie et de biologie moléculaire de l'UF College of Medicine, qui fait partie de l'UF Health. "Vous pouvez explorer et examiner les molécules qui influencent la pensée, la mémoire et la santé du cerveau, y compris celles qui sont impliquées dans les maladies neurodégénératives. Vous pouvez cartographier toutes les différentes molécules et la manière dont elles sont organisées et distribuées dans les structures cérébrales fines".
Pour passer des représentations 2D aux représentations 3D - ce que M. Sun compare au saut technologique d'un téléphone à clapet à un smartphone - son laboratoire a scanné 79 sections de cerveau, une fine couche à la fois, à l'aide d'une machine d'imagerie de haute technologie qui identifie et compte les molécules telles que les graisses et les hydrates de carbone, des nutriments essentiels pour les fonctions cérébrales.
"Nous avons ensuite utilisé l'IA pour aligner ces images et les empiler afin de reconstruire l'ensemble du métabolome cérébral", explique Xin Ma, premier auteur de l'article et doctorant en biostatistique encadré par Sun et Li Chen, Ph.D., M.S. Le métabolome est l'ensemble des milliers de molécules qui produisent l'énergie nécessaire au fonctionnement du cerveau.
Dans l'étape suivante, avec Sara Burke, directrice du Centre de recherche clinique translationnelle sur le vieillissement cognitif et la mémoire de l'UF, ils ont cartographié l'anatomie pour établir une corrélation avec les molécules et ont utilisé des méthodes mathématiques pour vérifier la précision de 95 à 99 %, a déclaré M. Sun.
À l'avenir, les chercheurs pourraient intégrer l'outil de cartographie à l'imagerie IRM et aux analyses génétiques afin de mettre au point des traitements ciblant des zones précises du cerveau, contrairement aux traitements actuels qui peuvent également affecter des parties non malades du cerveau.
"Pour la prévention et le traitement des maladies, nous avons ouvert un nouvel angle d'étude pour les biologistes", a déclaré Chen, coauteur de l'article et professeur associé au département de biostatistique de l'UF College of Public Health and Health Professions.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Xin Ma, Cameron J. Shedlock, Terrymar Medina, Roberto A. Ribas, Harrison A. Clarke, Tara R. Hawkinson, Praveen K. Dande, Hari K. R. Golamari, Lei Wu, Borhane EC. Ziani, Sara N. Burke, Matthew E. Merritt, Craig W. Vander Kooi, Matthew S. Gentry, Nirbhay N. Yadav, Li Chen, Ramon C. Sun; "AI-driven framework to map the brain metabolome in three dimensions"; Nature Metabolism, 2025-3-18
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