White matter anatomy of the human deep brain revisited with high resolution DTI fibre tracking
Anatomie de la substance blanche du cerveau profond revisitée en tractographie à partir d’imagerie haute résolution par tenseur de diffusion
J.-J. Lemaire a 
b 
, G. Cosnard c, L. Sakka a b, C. Nuti b d, W. Gradkowski c e, S. Mori f g, L. Hermoye c e
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Abstract
Background and Purpose
Deep white matter (WM) fascicles play a major, yet poorly understood, role in the overall connectivity of human brain. Better knowledge of their anatomy is requisite to understand the clinical correlates of their lesions and develop targeted treatments. We investigated whether MR-based diffusion tensor imaging (DTI) and fibre tracking could reveal in vivo, in explicit details, the 3D WM architecture within the subthalamic region and the internal capsule.
Methods
High-resolution DTI images were acquired on six healthy volunteers on a three Tesla MR scanner. We studied using single-subject analysis WM fascicles within the subthalamic region and the internal capsule, as follows: DTI deterministic fibre tracking (FT) of fascicles; embedding fascicles in the volume-rendered brain coupled with a triplanar view; rigorous anatomic labelling of each fascicle according to classical knowledge as described by pioneer neuroanatomists. Deterministic FT effects were taken into account.
Results
We charted most of WM fascicles of the deep brain, in particular large and complex fascicles such as the basal forebrain bundle and the ansa lenticularis. A topographic classification of subthalamic fascicles was proposed into three groups: the cerebellorubral, the reticulo-dorsal and the tegmento-peripheral one.
Conclusions
Beyond to demonstrate the feasibility of imaging the deepest WM fascicles in vivo, our results pave the way for a better understanding of the brain connectivity and for developing targeted neuromodulation.
Résumé
Objectif
Les faisceaux profonds de la substance blanche (SB) jouent un rôle majeur, encore incomplètement étudié, dans la connectivité globale du cerveau. Une meilleure connaissance de leur anatomie est nécessaire pour comprendre l’impact de lésions et pour développer de nouveaux traitements ciblés. Nous avons cherché à évaluer l’imagerie par résonance magnétique (IRM) nucléaire en tenseur de diffusion (ITD) et la tractographie, pour explorer de manière détaillée l’architecture tridimensionnelle de la SB dans la région sous thalamique et la capsule interne.
Méthode
Des images ITD en haute résolution ont été acquises chez six volontaires sur une machine IRM à trois teslas. Les faisceaux de SB ont été étudies selon une approche par individu : tractographie déterministe des faisceaux à partir de l’ITD ; incorporation des faisceaux dans le cerveau reconstruit à partir de l’IRM et analyse 3D triplanaire ; labellisation anatomique rigoureuse de chaque faisceau à partir des connaissances anatomiques classiques. Les effets confondants en tractographie déterministique ont été intégrés.
Résultat
Nous avons cartographié la plupart des faisceaux du cerveau profond, en particulier ceux larges et complexes comme le faisceau basal du cerveau antérieur et l’anse lenticulaire. Une classification topographique en trois groupes des faisceaux sous-thalamiques est proposée : cérébello-rubral, réticulo-dorsal et tegmento-périphérique.
Conclusion
Au-delà de la faisabilité d’explorer les faisceaux les plus profonds de la SB, in vivo, nos résultats permettent d’envisager une meilleure compréhension de la connectivité cérébrale et le développent de neuromodulation ciblée.
Keywords : Connectivity, Deep brain, Diffusion tensor imaging, Fascicles, Fibre tracking, White matter
Mots clés : Connectivité, Cerveau profond, Imagerie par tenseur de diffusion, Faisceaux, Tractographie, Substance blanche
Plan
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