Exploring the Rôle of White Matter Connectivity in Cortex Maturation

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State: Public
Version: After imprimatur
Serval ID
serval:BIB_3B8D547CB897
Type
PhD thesis: a PhD thesis.
Collection
Publications
Institution
Title
Exploring the Rôle of White Matter Connectivity in Cortex Maturation
Author(s)
Friedrichs-Maeder Cecilia
Director(s)
Hagmann Patric
Institution details
Université de Lausanne, Faculté de biologie et médecine
Address
Faculté de biologie et de médecine
Université de Lausanne
CH-1015 Lausanne
SUISSE

Publication state
Accepted
Issued date
2017
Language
english
Abstract
De nombreuses études ont mis en évidence un processus de maturation séquentiel pour différentes régions cérébrales, notamment la matière grise corticale et ses connections de matière blanche (WM). Cependant, les mécanismes à l’origine du processus de maturation cérébrale, ainsi que la relation entre la maturation des ces deux structures demeurent mal compris. Dans cette étude, nous utilisons l’imagerie par résonance magnétique (IRM) pour obtenir simultanément des informations reflétant la maturation microstructurelle des différentes structures cérébrales, ainsi que la mise en place des connections de matière blanche durant le développement précoce. Pour ce faire, nous employons deux mesures d’IRM bien établies reflétant les changements microstructurels liés à la maturation, soit le coefficient de diffusion apparent (ADC) et le temps de relaxation T (T1), ainsi que des algorithmes mathématiques permettant de reconstruire les groupes d’axones reliant différentes régions de matière grise (connectome).
Ce travail démontre une interdépendance entre la maturation des structures de matière grise corticale et le développement de l’arbre connectionel de matière blanche sous-jacent. En effet, nous mettons en évidence un degré de maturation analogue entre les régions corticales, ainsi que les groupes de fibres axonales associées durant les stades précoces de la maturation. Un tel lien est également observé entre deux régions corticales reliées par un groupe de fibres.
Sur la base de ces observations, cette étude propose un modèle mathématique et informatique simple parlant pour un rôle clé des structures de matière blanche dans le relai des signaux maturationnels depuis un stimuli externe via les structures primaires sensorielles et atteignant finalement les structures cérébrales corticales d’ordre plus complexes.
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The maturation of the cortical gray matter (GM) and white matter (WM) are described as sequential processes following multiple, but distinct rules. However, neither the mecha- nisms driving brain maturation processes, nor the relationship between GM and WM matu- ration are well understood. Here we use connectomics and two MRI measures reflecting maturation related changes in cerebral microstructure, namely the Apparent Diffusion Coef- ficient (ADC) and the T1 relaxation time (T1), to study brain development. We report that the advancement of GM and WM maturation are inter-related and depend on the underlying brain connectivity architecture. Particularly, GM regions and their incident WM connections show corresponding maturation levels, which is also observed for GM regions connected through a WM tract. Based on these observations, we propose a simple computational model supporting a key role for the connectome in propagating maturation signals sequen- tially from external stimuli, through primary sensory structures to higher order functional cortices.
Create date
05/02/2018 10:45
Last modification date
20/08/2019 13:31
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