Dans les méandres du cerveau

L'IRM fonctionnelle permet de visualiser les zones du cerveau actives pendant une tâche de représentation spatiale (mesure par IRM).

Astrocytes de l’amygdale (immunomarquage, vert ; noyaux en bleu) et récepteurs de l’ocytocine (visualisation de l’ARN, rouge) chez une souris, vus en microscopie en fluorescence. Les cellules gliales, dont les astrocytes font partie, sont des cellules du cerveau. Longtemps considérées comme de simples soutiens aux neurones, elles ont été peu étudiées. On sait maintenant qu'elles collaborent étroitement avec les neurones pour traiter l’information sensorielle et émotionnelle. Les astrocytes en…

L’IRM de diffusion est une modalité d’IRM qui permet d’estimer la direction de diffusion des molécules d’eau, ce qui donne une indication sur la direction principale des fibres nerveuses. L’équipe Empenn développe des algorithmes de tractographie permettant de reconstruire ces fibres nerveuses. Cela peut servir à étudier la connectivité cérébrale et rechercher d’éventuels biomarqueurs d’imagerie spécifiques d’une pathologie cérébrale.

Stockage à -80°C d'échantillons d'ARN extrait de neurones sensoriels humains. Ces neurones, dérivés de cellules souches pluripotentes, ont été cultivés en présence de cellules immunitaires. L'un des axes de recherche consiste à définir les interactions entre ces types cellulaires au sein de la peau humaine.

Extraction d'ARN de neurones sensoriels humains. Ces neurones, dérivés de cellules souches pluripotentes, ont été cultivés en présence de cellules immunitaires. L'un des axes de recherche consiste à définir les interactions entre ces types cellulaires au sein de la peau humaine.

Cryopréservation de précurseurs neuronaux. Des neurones sensoriels humains immatures sont obtenus à partir de cellules souches pluripotentes induites. L'un des axes de recherche consiste à déterminer le rôle de ces neurones dans la régulation des réponses immunitaires de la peau humaine.

Extraction d'ARN de neurones sensoriels humains. Ces neurones, dérivés de cellules souches pluripotentes, ont été cultivés en présence de cellules immunitaires. L'un des axes de recherche consiste à définir les interactions entre ces types cellulaires au sein de la peau humaine.

Les plexus choroïdes sécrètent le liquide céphalo-rachidien - ou cérébrospinal - dans lequel baigne le cerveau. Les cellules qui les constituent forment ainsi une barrière entre le sang et le cerveau, empêchant certaines molécules toxiques d’y pénétrer. Par immunofluorescence verte, on visualise la remarquable vascularisation d’une partie d’un plexus choroïde, prélevée chez un raton de 9 jours. Les scientifiques s’intéressent ici à la façon dont les cellules immunitaires peuvent entrer dans le…

Astrocyte, marquage GFAP (Glial fibrillary acidic protein) en rouge, et son noyau en bleu, dans l’hippocampe du cerveau d'une souris. Le cerveau consomme une grande partie de l’énergie disponible dans notre organisme. Son bon fonctionnement repose sur une étroite coopération entre les neurones et les cellules de leur environnement, en particulier les astrocytes. La phase précoce de la maladie d’Alzheimer est caractérisée par une réduction de ce métabolisme énergétique, mais on ignorait si ce…

Tractographie de l'imagerie par résonance magnétique de diffusion du cerveau humain vivant. L’IRM de diffusion permet de reconstruire et étudier les connexions cérébrales chez l’être humain vivant. Véritables "autoroutes du cerveau", elles permettent les échanges d’informations entre les régions cérébrales. Elles sont indispensables au fonctionnement cognitif, qui nécessite d’associer le travail de régions distantes pour penser, réfléchir, se souvenir et interagir avec son environnement de…

Projections d’axone dopaminergique de l’aire tegmentale ventrale dans le striatum, deux régions du cerveau. Les neurones sont prolongés par des axones (des fibres nerveuses) qui conduisent le signal électrique vers d’autres cellules et assurent la communication entre elles. On appelle projections d’axone dopaminergique les fibres de projection (un type de fibres nerveuses connectant le cortex cérébral avec d’autres régions du cerveau) qui synthétisent et libèrent le neurotransmetteur dopamine…

Neurones pyramidaux des couches corticales supérieures d’un cortex de souris "Brainbow". Cette technique génétique permet de marquer les neurones de manière individuelle, grâce à la combinaison de molécules fluorescentes produisant une centaine d’étiquettes de couleurs différentes. On peut ainsi visualiser les circuits neuronaux en distinguant clairement les neurones adjacents. Ce rendu 3D est obtenu grâce à la microscopie multiphotonique multicouleur sérielle ChroMS.

Expression d’une protéine auxiliaire des récepteurs AMPA, TARP gamma 8, le long d'une dendrite d'un neurone CA1 de tranches organotypique d'hippocampe, vue par microscopie confocale. Les couleurs représentent différents niveaux de profondeurs dans la tranche. Les traits en gris représentent la réponse électrique des récepteurs AMPA au glutamate. Cette image nous rappelle qu'il n'existe pas de techniques parfaites et, à ce titre, souligne l'importance de combiner différentes stratégies.

Dispositif HaptiComm (Deafblind Haptic Communicator project), une plateforme matérielle et logicielle permettant de communiquer de manière simplifiée avec une personne sourdaveugle. Ce dispositif haptique mobile transmet un message inscrit dans une application, via un téléphone portable, en langage tactile (langue dont les signes correspondent à des tapes ou des mouvements sur la face interne de la main du destinataire). Simple, robuste et accessible, HaptiComm est fabricable par impression 3D…

Culture de neurones dérivés d'iPSC marqués avec le marqueur somato-dendritique MAP2+ (rouge) et un marquage post-synaptique (PSD95, vert). Le noyau est contremarqué au Hoechst bleu. Cette image a été réalisée dans le cadre d'une étude sur la compréhension des mécanismes moléculaires sous-jacents aux troubles du spectre autistique (TSA). L’origine de ces troubles neuro-développementaux complexes reste en effet souvent inconnue. En analysant les cellules souches olfactives de patients autistes,…

Réseau de nanosondes pour l’enregistrement de l’activité neuronale. Des cultures primaires de neurones de rongeur sont réalisées sur des réseaux de “nanosondes” réalisées à partir de nanofils de silicium. Préparation de l'ensemencement. Études réalisées dans l'équipe "Pathogénèse des infections virales du système nerveux central adulte et en développement", à l'Institut Toulousain des maladies infectieuses et inflammatoires (Infinity), en collaboration avec le LAAS-CNRS.

Réseau de nanosondes pour l’enregistrement de l’activité neuronale. Des cultures primaires de neurones de rongeur sont réalisées sur des réseaux de “nanosondes” réalisées à partir de nanofils de silicium. On peut observer l'interfaçage avec le dispositif d'enregistrement. Études réalisées dans l'équipe "Pathogénèse des infections virales du système nerveux central adulte et en développement", à l'Institut Toulousain des maladies infectieuses et inflammatoires (Infinity), en collaboration avec…

Ablation d'une tumeur cérébrale en chirurgie éveillée, avec utilisation d’une sonde inhibant l’activité corticale dans la zone où se pratique l’opération. En communiquant avec le patient, le chirurgien s’assure que cette zone du cerveau n’est pas impliquée dans des fonctions cognitives ou motrices importantes. Le Centre de recherche cerveau et cognition (CerCo) étudie différentes modalités sensorielles et fonctions cognitives associées, ainsi que la mémoire et différents états mentaux…

Impression 3D des représentations mentales de la carte de France par des patients souffrant de la maladie d’Alzheimer au stade prédémentiel. Cette étude sur les représentations spatiales a démontré que ces patients visualisent une carte au périmètre réduit, pauvre en détails et recentrée sur leur région d’origine. Le Centre de recherche cerveau et cognition (CerCo) étudie différentes modalités sensorielles et fonctions cognitives associées, ainsi que la mémoire et différents états mentaux…

Expérience de stimulation magnétique transcrânienne (TMS), qui intervient de manière précise, spatialement et temporellement, sur l’activité cérébrale. Cette expérience en particulier vise à modifier l’activité du cortex visuel. Le Centre de recherche cerveau et cognition (CerCo) étudie différentes modalités sensorielles et fonctions cognitives associées, ainsi que la mémoire et différents états mentaux. Réalisées chez le singe, l’homme sain, le patient et/ou la machine, ses recherches…

Scanner d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) versant "homme", utilisé autant comme biomarqueur prédictif (vieillissement, maladies génétiques ou dégénératives...) que pour comprendre le fonctionnement du cerveau humain dans la représentation de l’espace et des objets et la localisation de fonctions cognitives. Le Centre de recherche cerveau et cognition (CerCo) étudie différentes modalités sensorielles et fonctions cognitives associées, ainsi que la mémoire et différents…

Exploration (visualisation et interaction) d’un cerveau en 3D à l'aide de lunettes de réalité virtuelle et d'un joystick. Le Centre de recherche cerveau et cognition (CerCo) étudie différentes modalités sensorielles et fonctions cognitives associées, ainsi que la mémoire et différents états mentaux. Réalisées chez le singe, l’homme sain, le patient et/ou la machine, ses recherches pluridisciplinaires font appel à différentes approches méthodologiques relevant de l’anatomie, la physiologie, les…

Mesure de l'activité cérébrale d'un bébé de 6 mois par le biais d'un électro-encéphalogramme. Au contact de sa mère pendant toute la durée de l'expérience et placé dans une pièce faiblement éclairée, l'enfant est soumis à l'écoute de différents "jeux" de phrases prononcés avec différentes intonations. La perception de ces intonations et de la musicalité du langage, est analysée via des capteurs mesurant l'activité électrique et hémodynamique cérébrale de l'enfant. Entre 6 mois et un an, le…

Carte individuelle de la quantité de myéline présente dans le cortex cérébral humain observée en imagerie par résonance structurelle. L’estimation de la mesure de quantité de myéline in vivo est obtenue à partir du ratio de deux images structurelles pondérées respectivement en temps de relaxation T1 et T2 (T1/T2). Plus la quantité de myéline est importante, plus le signal est rouge. Les aires primaires (motrices, auditives et visuelles) ont le plus de myéline, car ce sont les aires cérébrales…

Carte d’épaisseur corticale mesurée chez 453 sujets adultes âgés de 18 à 57 ans observée en imagerie par résonance structurelle. Une analyse de surface permet ici de reconstruire la surface corticale et de mesurer localement l’épaisseur du cortex. Cette épaisseur varie en moyenne entre 1,5 mm (valeurs bleues) et 4,5 mm (valeurs rouges) et présente une forte hétérogénéité en fonction des aires cérébrales.

Carte d’asymétrie d’épaisseur corticale (en haut) et de surface corticale (en bas) observée en imagerie par résonance structurelle et mesurée chez 453 sujets de la BIL&GIN (Brain imaging of lateralization & Groupe d’imagerie neurofonctionnelle). Cette base a été construite pour étudier la spécialisation hémisphérique chez l’homme et par conséquent le support anatomique de cette spécialisation. Les couleurs chaudes (jaune et rouge) indique une asymétrie gauche d’épaisseur et/ou de surface…

Activation motrice lors d'une tâche de frappe digitale (main gauche minus main droite : données relevant spécifiquement de la main gauche) chez un participant adulte grâce à l'imagerie optique par proche infrarouge (NIRS) projetée sur un gabarit. En A, la carte topographique. En B, la projection sur la face externe supérieure. En C, la projection sur la face externe de l'hémisphère gauche. En D, la projection sur la face externe de l'hémisphère droit. Les couleurs chaudes (orange-rouge)…

Activation motrice lors d'une tâche de frappe digitale (main droite minus main gauche : données relevant spécifiquement de la main droite) chez un participant adulte grâce à l'imagerie optique par proche infrarouge (NIRS) projetée sur un gabarit. En A, la carte topographique. En B, la projection sur la face externe supérieure. En C, la projection sur la face externe de l'hémisphère gauche. En D, la projection sur la face externe de l'hémisphère droit. Les couleurs chaudes (orange-rouge)…

Cerveau humain reconstitué en tractographie. Cette technique d'imagerie reconstitue les trajets des faisceaux de fibres de matière blanche du cerveau à partir des données d’IRM de diffusion. Un tractogramme est généralement constitué de millions de fibres virtuelles dont le code couleur représente leur orientation dans la matière blanche et produit de remarquables représentations des principaux faisceaux.

Faisceau pyramidal du cerveau humain obtenu par tractographie chez 410 sujets volontaires sains. La tractographie reconstitue les trajets des faisceaux de fibres de matière blanche du cerveau à partir des données d’IRM de diffusion. Sur cette coupe coronale passant par le sillon de Rolando, le faisceau pyramidal est constitué des axones, des cortex moteur et sensoriel reliés à la moelle épinière.

Activation de la représentation de la main, au niveau du cortex moteur primaire de l’hémisphère droit du cerveau humain, pendant un mouvement de la main gauche. L’activation obtenue en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) en orange et jaune, est présentée sur une vue anatomique supérieure du cerveau ou la gauche est à gauche.

Hémisphère dominant du cerveau humain observé en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). L’hémisphère gauche a été appelé au XIXe siècle hémisphère dominant car chez la plupart des individus il est celui qui contrôle à la fois le langage et la main droite. La main droite étant la main préférée pour les gestes unimanuels de la vie quotidienne par plus de 90% des individus (droitiers).

Activation de la représentation de la main, au niveau du cortex moteur primaire de l’hémisphère gauche du cerveau humain, pendant un mouvement de la main droite. L’activation obtenue en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) en orange et jaune, est présentée sur une vue anatomique supérieure du cerveau où la gauche est à gauche.

Régions cérébrales activées dans l’hémisphère gauche et l’hémisphère droit du cerveau humain, pendant une tâche de production de phrases chez un sujet gaucher et atypique pour la latéralisation du langage. Cet individu a des activations plus fortes dans l’hémisphère droit contrairement à la majorité des droitiers et des gauchers qui recrutent plus leur hémisphère gauche (sujets typiques). L’activation obtenue en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) en orangé, est présentée sur…

Identification des sillons du cerveau humain de l’espace stéréotaxique de référence MNI (Montreal neurological institute). En A, les principaux sillons de la face latérale des hémisphères (hémisphère gauche à gauche). En B, la face interne (hémisphère gauche à gauche). En C, les faces supérieures (gauche) et inférieure (droite). Ces sillons ont servi de limite et ont permis de parcelliser le cerveau en régions anatomiques et de constituer le très connu atlas AAL (Automated anatomical labeling,…

Régions cérébrales activées dans l’hémisphère gauche et l’hémisphère droit du cerveau humain, pendant une tâche de production de phrases chez un sujet droitier. Cet individu typique pour la latéralisation hémisphérique du langage a des activations plus fortes dans l’hémisphère gauche. L’activation obtenue en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) en orangé, est présentée sur une vue anatomique de la face latérale des hémisphères cérébraux où la gauche est à gauche.

Neurone de cortex embryonnaire de cerveau de rat mis en culture pendant 9 jours, vu en microscopie de fluorescence. Les prolongements de ce neurone sont marqués en vert par la protéine fluorescente GFP et leurs mitochondries (centrales électriques des cellules) sont marquées en rouge par la protéine fluorescente MitodsRed. Les mitochondries forment un réseau plus ou moins interconnecté. Leurs tailles varient selon les compartiments neuronaux et les contextes physiologiques et pathologiques…

Installation d'un casque muni d'électrodes utilisé au sein de l’interface cerveau-machine Brain Invaders. Le joueur pilote le programme par "butinage attentionnel", sans manette, par la pensée. Doté d'un casque dont les électrodes sont principalement situées au niveau du cortex visuel et central pariétal, il doit se concentrer sur l’objet qui émet des flashs lumineux afin de l'éliminer. Le signal cérébral correspondant à la perception du flash (stimuli) généré dans le jeu est une onde…

Démonstrateur d’interface cerveau-machine Brain Invaders. Inspiré du jeu vidéo Space Invaders, ce programme est piloté exclusivement par "butinage attentionnel" soit par la pensée, sans manette. Doté d'un casque dont les électrodes sont principalement situées au niveau du cortex visuel et central pariétal, le joueur doit se concentrer sur l’objet qui émet des flashs lumineux afin de l'éliminer. Le signal cérébral correspondant à la perception du flash (stimuli) généré dans le jeu est une onde…

Expérimentateur contrôlant à l'aide d'une tablette, l'intensité et la température du système d'éclairage de la rue artificielle Streetlab, plateforme pour l’amélioration de la mobilité des personnes déficientes visuelles. Il est composé de 9 panneaux LED permettant d'obtenir un éclairage uniforme. Un participant est équipé de marqueurs réfléchissants placés sur des repères anatomiques pour de la capture du mouvement. La position des marqueurs est déterminée par triangulation grâce à un réseau…

Démonstrateur d’interface cerveau-machine Brain Invaders. Inspiré du jeu vidéo Space Invaders, ce programme est piloté exclusivement par "butinage attentionnel" soit par la pensée, sans manette. Doté d'un casque dont les électrodes sont principalement situées au niveau du cortex visuel et central pariétal, le joueur doit se concentrer sur l’objet qui émet des flashs lumineux afin de l'éliminer. Le signal cérébral correspondant à la perception du flash (stimuli) généré dans le jeu est une onde…

Tâche de reconnaissance dynamique et de préhension lors d’une stimulation rétinienne, par un sujet portant des lunettes de stimulation visuelle des implants rétiniens PRIMA. La stimulation visuelle est effectuée par un système d’acquisition et de projection asynchrone. Le capteur est intégré sur des lunettes pour capter la lumière et transformer l'information visuelle en signal électrique. Le signal acquis est envoyé vers un ordinateur miniature, placé dans la poche du patient. L'ordinateur…

Vérification et affinage des paramètres de stimulation rétinienne lors de tests dynamiques, avec un sujet portant des lunettes de stimulation visuelle des implants rétiniens PRIMA. La stimulation visuelle est effectuée par un système d’acquisition et de projection asynchrone. Le capteur est intégré sur des lunettes pour capter la lumière et transformer l'information visuelle en signal électrique. Le signal acquis est envoyé vers un ordinateur miniature, placé dans la poche du patient. L…

Installation d'un casque muni d'électrodes utilisé au sein de l’interface cerveau-machine Brain Invaders. Le joueur pilote le programme par "butinage attentionnel", sans manette, par la pensée. Doté d'un casque dont les électrodes sont principalement situées au niveau du cortex visuel et central pariétal, il doit se concentrer sur l’objet qui émet des flashs lumineux afin de l'éliminer. Le signal cérébral correspondant à la perception du flash (stimuli) généré dans le jeu est une onde…

Sous-régions fonctionnelles du lobe frontal du cerveau. Le lobe frontal construit et contrôle nos comportements les plus complexes tels que la prise de décision, la créativité et le raisonnement par analogie, la génération des comportements volontaires et l'organisation du langage. Les chercheurs ont identifié dans cette partie du cerveau, 12 aires cérébrales dédiées à des fonctions différentes, des plus simples, comme la motricité, aux plus complexes, comme le comportement social. La fonction…

Sous-régions fonctionnelles du lobe frontal du cerveau. Le lobe frontal construit et contrôle nos comportements les plus complexes tels que la prise de décision, la créativité et le raisonnement par analogie, la génération des comportements volontaires et l'organisation du langage. Les chercheurs ont identifié dans cette partie du cerveau, 12 aires cérébrales dédiées à des fonctions différentes, des plus simples, comme la motricité, aux plus complexes, comme le comportement social. La fonction…

Sous-régions fonctionnelles du lobe frontal du cerveau. Le lobe frontal construit et contrôle nos comportements les plus complexes tels que la prise de décision, la créativité et le raisonnement par analogie, la génération des comportements volontaires et l'organisation du langage. Les chercheurs ont identifié dans cette partie du cerveau, 12 aires cérébrales dédiées à des fonctions différentes, des plus simples, comme la motricité, aux plus complexes, comme le comportement social. La fonction…

Cartes d'activation en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle mesurant le degré de latéralisation hémisphérique pendant une tâche de langage chez 297 sujets dont 153 gauchers. Les chercheurs ont classé ces sujets en trois catégories : ceux qui présentent une forte latéralisation gauche de l'activité cérébrale (84%) ; ceux qui montrent une répartition de l'activité sur les deux hémisphères (12,5%) et ceux qui présentent une activité fortement latéralisée à droite (3,5%). Nos deux…

Cartographie de la profondeur des sillons du cortex cérébral chez un enfant autiste. Les marques vertes localisent les sulcal pits, les points les plus profonds de chaque sillon. En rouge, les chercheurs ont détecté une anomalie dans le plissement du cortex consistant en un pli moins profond au niveau de l'aire de Broca. Cette région du cerveau est connue pour être impliquée dans le langage et la communication, des fonctions altérées chez les patients atteints d'autisme. Cette anomalie…

Expérience de stimulation tactile, pendant laquelle des vibrations mécaniques aléatoires sont envoyées dans une phalange du doigt, dont l'extrémité est en contact avec une surface. Les propriétés spectrales du signal vibratoire peuvent être ajustées. Lorsqu'elles ressemblent à celles provenant des phénomènes de friction doigt-surface, le cerveau ne peut plus distinguer l'origine des vibrations, au cours d'un mouvement glissant. Quand le mouvement s'arrête, le cerveau attribue à nouveau l…

Expérience de stimulation tactile durant laquelle un bâton est manipulé doucement de haut en bas. Un dispositif situé à l'intérieur de ce bâton est relié à un boîtier à l'extérieur qui génère des vibrations dont les fréquences sont corrélées aux mouvements du bâton. Cela donne la sensation que des éléments, comme des billes par exemple, se déplacent à l'intérieur du bâton. En réalité, il s'agit juste de vibrations tactiles et de sons suscitant une sensation de déplacement. L'objectif est d…

Illustration d'une image de tractographie, montrant une série de faisceaux majeurs du cerveau humain. L'imagerie de diffusion par IRM permet de mesurer in vivo la diffusion des molécules d'eau dans les tissus et de visualiser leur structure. Appliquée au cerveau, elle permet d'étudier l'organisation de la matière blanche en faisceaux de fibres reliant les différentes régions du cerveau. Des techniques de tractographie sont ensuite utilisées, à partir des images acquises, pour reconstruire en…

Neurone d'hippocampe de rat en culture dont l'activité électrique est enregistrée avec une électrode (à droite) tandis qu'il est stimulé avec une seconde électrode (à gauche).

Image d'une coupe sagittale de cerveau humain obtenue en IRM anatomique.