Analyse quantitative d'imagerie grand volume en neurobiologie du développement

La compréhension du développement et de la connectivité neuronaux à l’échelle du cerveau entier requiert des outils capables de distinguer les neurones individuels dans des environnements densément marques. Le marquage combinatoire Brainbow, associe à l’imagerie chromatique multiphotonique en série (ChroMS), permet une cartographie haute résolution de cerveaux de souris entiers avec des détails subcellulaires.Ces techniques génèrent des ensembles de données massifs, nécessitant des algorithmes spécialisés pour extraire avec précision la position, la morphologie et la lignée des neurones.Cette thèse présente une suite d’outils informatiques et d’algorithmes conçus pour exploiter les propriétés du marquage Brainbow et de l’imagerie ChroMS, afin d’analyser des ensembles de données neuronales à grande échelle.Nous introduisons d’abord des outils pour explorer et visualiser les données Brainbow, notamment par la projection dans l’espace des canaux, facilitant la distinction des lignées.Un modèle de simulation du marquage est également propose pour évaluer les limites de résolution des lignées en conditions bruitées.Nous développons ensuite des algorithmes de traitement adaptes, incluant des méthodes d’apprentissage profond pour détecter les centroïdes neuronaux. Ces approches, intégrées à des projets open source, sont validées dans diverses régions cérébrales. Des méthodes de regroupement sont évaluées pour inférer les relations clonales, et leur portée est explorée par des simulations. Une technique de filtrage par apprentissage profond est proposée pour améliorer le traçage des axones à l’aide d’outils existants. Nous démontrons le passage à l’échelle de ces méthodes sur des en-sembles de données téraoctet, avec une optimisation mémoire et calcul permettant le traitement d’images volumineuses, même fragmentées. Enfin, nous appliquons ces outils à des études biologiques sur différentes régions cérébrales. Nous étudions le développement clonal de l’hippocampe, la densité cellulaire du cortex murin et le traçage des projections auditives.