Une goutte d'encre dans un verre d'eau se disperse rapidement et uniformément. Mais si l'eau est emprisonnée entre des billes densément tassées, le nuage d'encre rampe lentement et de manière capricieuse — il contourne les obstacles, se coince dans les goulots étroits. C'est à peu près ainsi que se déplacent les molécules d'eau dans les tissus vivants. Dans une tumeur cérébrale, les cellules sont serrées et l'espace entre elles ressemble à un labyrinthe aux passages rétrécis.
L'IRM conventionnelle montre ce labyrinthe de manière floue. Mais en faisant varier le temps pendant lequel l'appareil « écoute » le signal des molécules d'eau, on peut détecter jusqu'où elles ont eu le temps d'aller. Aux délais courts, l'eau commence tout juste à se disperser et ressent les parois les plus proches. Aux délais longs, son mouvement est freiné non plus par une seule cellule, mais par tout l'enchevêtrement des voies. Cet effet est appelé dépendance de la diffusion en fonction du temps.
Les auteurs de l'étude ont construit le modèle TRACED qui décompose le signal IRM en quatre composantes : la fraction d'eau intracellulaire, la dispersion de la taille des cellules, la mobilité réelle de l'eau dans les interstices intercellulaires et la tortuosité de ces interstices (paramètre que les physiciens appellent tortuosité). Pour calculer rapidement les signaux, un réseau de neurones a été entraîné sur des milliers de simulations de diffusion dans des empilements virtuels de sphères de différents diamètres. Et pour transposer ces connaissances aux données réelles des patients, un apprentissage par transfert a été utilisé : le réseau entraîné sur les simulations a été affiné directement lors de l'ajustement aux mesures cliniques.
Le modèle a été testé sur huit patients atteints de gliomes de différents degrés de malignité. Pour deux d'entre eux, les résultats ont été comparés à l'histologie — de fines coupes de tumeur examinées au microscope. Les tailles de cellules obtenues de manière non invasive ont coïncidé avec les mesures sur lame. Cela signifie que TRACED permet de voir le tissu au niveau cellulaire sans faire d'incision.
Cette approche rappelle le travail d'un détective qui, en observant les vibrations d'une toile d'araignée, déduit où se cache l'araignée. À la place de la toile, ce sont les gradients de champ magnétique ; à la place de l'araignée, la cellule. Et plus nous lisons ces vibrations avec précision, plus nous voyons clairement l'architecture de la tumeur.
La taille des cellules de gliome peut varier d'un facteur dix — de 5 à 50 micromètres. C'est comme si, dans une même pièce, il y avait une balle de tennis et une pastèque.
Dans le roman « Minority Report » de Philip K. Dick, les criminels sont identifiés grâce aux prédictions de mutants. Le modèle TRACED, lui aussi, « prédit » la structure de la tumeur à partir de traces indirectes — mais au lieu de voyants, ce sont des gradients de champ magnétique.