Dissertations / Theses: 'Imagerie de la microstructure du cerveau'

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Bihan-Poudec, Yann. "IRM de diffusion cérébrale à haute résolution : développements des méthodes de reconstruction et de post-traitement." Thesis, Lyon, 2019. http://www.theses.fr/2019LYSE1299.

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Abstract:

L'imagerie de diffusion (IRMd) est une méthode unique permettant d'étudier la microstructure cérébrale et la connectivité du cerveau de manière non-invasive. Cependant, la faible résolution et la qualité de cette imagerie restreint son utilisation dans certaines applications. L'objectif de cette thèse est de développer l'IRMd cérébrale à très haute résolution sur un modèle de macaque anesthésié au moyen d'une séquence d'imagerie 3D écho-planaire segmentée (3D-msEPI) à 3T. Après une étape de développement de la reconstruction et du post-traitement des données, nous avons réalisé des images de diffusion sur le cerveau de macaque à une résolution spatiale isotrope de 0.5mm. Cette résolution nous a permis de délimiter et caractériser les structures fines comme les sous-couches de l'hippocampe ou la matière blanche superficielle, qui sont indétectables avec des séquences classiques. Cependant, cette méthode se révèle vulnérable aux mouvements élastiques des tissus cérébraux induits par les pulsations cardio-vasculaires. Une stratégie de synchronisation de l'acquisition sur celle-ci nous a permis de caractériser leurs effets sur l'IRMd à très haute résolution chez le singe anesthésié. Ces effets se caractérisent par des artefacts de ghosting et des pertes de signal qui corrompent les images, le tenseur et la tractographie dans des zones spécifiques du cerveau. La synchronisation nous a ainsi permis de réaliser une imagerie de diffusion cérébrale de macaque à des résolutions spatiales et des pondérations en diffusion très élevées jamais atteintes auparavant. Ces résultats préliminaires démontrent le potentiel de notre méthode pour les applications neuroscientifiques et médicales chez l'homme
Diffusion imaging (dMRI) is a unique method for studying brain microstructure and brain connectivity in a non-invasive way. However, the low resolution and quality of this imaging restricts its use in some applications. The aim of this thesis is to develop very high resolution cerebral MRI on an anesthetized macaque model on a 3T scanner using a segmented 3D echo-planar 3D imaging sequence (3D-msEPI). After a stage of development of the reconstruction and post-processing of the data, we made diffusion images on the macaque brain at an isotropic spatial resolution of 0.5mm. This resolution allowed us to delineate and characterize fine structures such as hippocampal sublayers or superficial white matter, which are undetectable with classical sequences. However, this method is vulnerable to the elastic movements of the brain tissue induced by the cardiovascular pulsations. A strategy of synchronization of the acquisition on this one allowed us to characterize their effects on the very high resolution MRI in the anesthetized monkey. These effects are characterized by ghosting artifacts and signal losses that corrupt images, tensor, and tractography in specific areas of the brain. The synchronization allowed us to realize macaque brain diffusion imaging at spatial resolutions and very high diffusion weights never reached before. These preliminary results demonstrate the potential of our method for neuroscientific and medical applications in humans

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Fang, Chengran. "Neuron modeling, Bloch-Torrey equation, and their application to brain microstructure estimation using diffusion MRI." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPASG010.

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Abstract:

L'estimation non invasive de la microstructure du cerveau, qui se compose de nombreux neurites, de somas et de cellules gliales, est essentielle pour l'imagerie cérébrale. L'IRM de diffusion (IRMd) est une technique prometteuse pour sonder les propriétés microstructurelles du cerveau en dessous de la résolution spatiale des scanners IRM. En raison de la complexité structurelle du tissu cérébral et du mécanisme complexe de l'IRM de diffusion, l'estimation de la microstructure in vivo est un défi. Les méthodes existantes utilisent généralement des géométries simplifiées, notamment des sphères et des bâtons, pour modéliser les structures neuronales et obtenir des expressions analytiques des signaux intracellulaires. La validité des hypothèses faites par ces méthodes reste indéterminée. Cette thèse vise à faciliter l'estimation de la microstructure du cerveau par simulation en remplaçant les géométries simplifiées par des modèles réalistes de la géométrie des neurones et les expressions analytiques des signaux intracellulaires par des simulations d'IRM de diffusion. Combinées à des modèles précis de la géométrie des neurones, les simulations numériques d'IRMd peuvent donner des signaux intracellulaires précis et incorporer les effets dus, par exemple, à l'ondulation des neurites ou à l'échange d'eau entre le soma et les neurites.Malgré ces avantages, les simulations d'IRMd n'ont pas été largement adoptées en raison de l'inaccessibilité des fantômes numériques, de la faible efficacité de calcul des simulateurs d'IRMd et de la difficulté d'approximer les mappings implicites entre les signaux d'IRMd et les propriétés de la microstructure. Cette thèse contribue à la résolution des problèmes susmentionnés de la manière suivante : (1) en développant un générateur de maillage de neurones open-source et en rendant accessibles au public plus d'un millier de maillages cellulaires réalistes ; (2) en augmentant d'un facteur dix l'efficacité de calcul de la méthode du formalisme matriciel numérique ; (3) en mettant en œuvre une nouvelle méthode de simulation qui fournit une représentation de type Fourier des signaux IRMd ; (4) en proposant un cadre d'apprentissage supervisé basé sur la simulation pour estimer la microstructure du cerveau par IRM de diffusion
Non-invasively estimating brain microstructure that consists of a very large number of neurites, somas, and glial cells is essential for future neuroimaging. Diffusion MRI (dMRI) is a promising technique to probe brain microstructural properties below the spatial resolution of MRI scanners. Due to the structural complexity of brain tissue and the intricate diffusion MRI mechanism, in vivo microstructure estimation is challenging.Existing methods typically use simplified geometries, particularly spheres, and sticks, to model neuronal structures and to obtain analytical expressions of intracellular signals. The validity of the assumptions made by these methods remains undetermined. This thesis aims to facilitate simulationdriven brain microstructure estimation by replacing simplified geometries with realistic neuron geometry models and the analytical intracellular signal expressions with diffusion MRI simulations. Combined with accurate neuron geometry models, numerical dMRI simulations can give accurate intracellular signals and seamlessly incorporate effects arising from, for instance, neurite undulation or water exchange between soma and neurites.Despite these advantages, dMRI simulations have not been widely adopted due to the difficulties in constructing realistic numerical phantoms, the high computational cost of dMRI simulations, and the difficulty in approximating the implicit mappings between dMRI signals and microstructure properties. This thesis addresses the above problems by making four contributions. First, we develop a high-performance opensource neuron mesh generator and make publicly available over a thousand realistic cellular meshes.The neuron mesh generator, swc2mesh, can automatically and robustly convert valuable neuron tracing data into realistic neuron meshes. We have carefully designed the generator to maintain a good balance between mesh quality and size. A neuron mesh database, NeuronSet, which contains 1213 simulation-ready cell meshes and their neuroanatomical measurements, was built using the mesh generator. These meshes served as the basis for further research. Second, we increased the computational efficiency of the numerical matrix formalism method by accelerating the eigendecomposition algorithm and exploiting GPU computing. The speed was increased tenfold. With similar accuracy, the optimized numerical matrix formalism is 20 times faster than the FEM method and 65 times faster than a GPU-based Monte Carlo method. By performing simulations on realistic neuron meshes, we investigated the effect of water exchange between somas and neurites, and the relationship between soma size and signals. We then implemented a new simulation method that provides a Fourier-like representation of the dMRI signals. This method was derived theoretically and implemented numerically. We validated the convergence of the method and showed that the error behavior is consistent with our error analysis. Finally, we propose a simulation-driven supervised learning framework to estimate brain microstructure using diffusion MRI. By exploiting the powerful modeling and computational capabilities that are mentioned above, we have built a synthetic database containing the dMRI signals and microstructure parameters of 1.4 million artificial brain voxels. We have shown that this database can help approximate the underlying mappings of the dMRI signals to volume and surface fractions using artificial neural networks

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Jallais, Maëliss. "Enabling cortical cell-specific sensitivity on diffusion MRI microstructure measurements using likelihood-free inference." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2022. http://www.theses.fr/2022UPASG012.

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Abstract:

Les maladies neurodégénératives, telles que la maladie d'Alzheimer ou de Huntington, entraînent la perte progressive et irréversible des fonctions mentales. La démence et les déficits cognitifs semblent être principalement liés à une perte neuronale et de connectivité synaptique. Bien que l'impact et l’évolution extérieurs de ces maladies soient facilement observables, l’accès aux changements microstructuraux dans le cerveau reste un défi, rendant difficiles la compréhension de ces maladies et la mise au point de traitements.Avec les avancées technologiques, l’Imagerie par Résonance Magnétique de diffusion (IRMd) s’impose comme une méthode novatrice pour étudier la microstructure du cerveau de manière non-invasive et in-vivo. Cette technique d’imagerie médicale est basée sur l’étude des mouvements microscopiques aléatoires des molécules d’eau, connus sous le nom de mouvements Browniens. Dans le cerveau, les mouvements des molécules sont contraints par les membranes des cellules, rendant la diffusion anisotropique. Chaque composant tissulaire, tel que les somas (corps des neurones) ou les neurites, possède une forme distincte. Le signal de diffusion du cerveau obtenu lors d’une acquisition IRM est ainsi modulé selon les caractéristiques du tissu.L’objectif de ma thèse est de mettre en place une méthode qui permette d’inférer la microstructure d’un tissu à partir d’une acquisition d’IRMd dans la matière grise (MG).La résolution de ce problème inverse s’organise autour de trois parties:1. La définition d’un modèle biologique décrivant les tissus de la MG. Il a été prouvé que les modèles microstructuraux existants modélisant la matière blanche ne sont pas valides dans la MG. Nous avons commencé par adapter ces modèles en prenant en compte l’abondance des somas dans la MG.2. Une modélisation mathématique de la MG. Chaque compartiment du modèle tissulaire a ensuite été modélisé par des formes géométriques simples, pour lesquelles le signal de diffusion est connu. Un algorithme de traitement du signal a été développé permettant de synthétiser les informations clés contenues dans le signal de diffusion et de les mettre en relation avec un ensemble de paramètres décrivant le tissu (notamment la taille et la densité des neurones). Cet algorithme se base sur une étude des moments statistiques du signal pour différentes puissances de gradient de l’IRM. À la différence des méthodes existantes, aucun paramètre biologique n’est arbitrairement fixé, ce qui permet de décrire au mieux les tissus corticaux de chaque sujet.3. Un algorithme d’inversion permettant d’estimer les paramètres du tissu ayant généré le signal d’acquisition. Une fois le modèle mathématique permettant de relier les paramètres du tissu au signal de diffusion défini, l’objectif est de résoudre le problème inverse d’estimation de la microstructure du tissu à partir d’une observation. Une limitation des méthodes actuelles est leur incapacité à identifier toutes les configurations du tissu possibles pouvant expliquer un même signal de diffusion observé, ce qui rend l’interprétation des estimations proposées difficile. Afin de résoudre ce problème, nous avons utilisé une méthode reposant sur des outils de l’analyse bayésienne et de deep learning appelée inférence par simulation, combinée à des réseaux de neurones. Celle-ci permet d’identifier et de retourner toutes les configurations possibles du tissu accompagnées de leurs distributions postérieures (probabilité étant donné une observation), ce qui facilite leur interprétation.L’approche a tout d’abord été validée sur des simulations. Reposant sur peu de contraintes d’acquisition, la méthode de résolution globale a ensuite été appliquée sur les bases de données HCP MGH et HCP1200 du Human Connectome Project. Une bibliothèque python a été développée pour étudier ces données réelles ou simulées. Les résultats obtenus ont enfin été comparés avec des études histologiques et cognitives pour vérifier leur validité
Neurodegenerative diseases, such as Alzheimer's or Huntington's disease, lead to the progressive and irreversible loss of mental functions. Dementia and cognitive deficits appear to be primarily related to neuronal and synaptic connectivity loss. Although these diseases' external impact and progression are readily observable, accessing microstructural changes in the brain remains a challenge, making it difficult to understand these diseases and develop treatments.With technological advances, diffusion Magnetic Resonance Imaging (dMRI) has emerged as a novel method to study the microstructure of the brain non-invasively and in-vivo. This medical imaging technique is based on the study of random microscopic movements of water molecules, known as Brownian movements. In the brain, the movements of the molecules are constrained by cell membranes, making diffusion anisotropic. Each tissue component, such as somas (cell bodies) or neurites, has a distinct shape. The characteristics of the tissue thus modulate the diffusion brain signal obtained during an MRI acquisition.My thesis aims to develop a method to infer a tissue microstructure from a dMRI acquisition in the grey matter (GM).The solution to this inverse problem of estimating brain microstructure from dMRI is threefold:1. The definition of a biological model describing the GM tissues. Existing microstructural models of white matter were proven not to hold in the GM. We adapted these models to take into account the abundance of somas in the GM.2. A mathematical modeling of the GM tissue. We modeled each compartment of the tissue model by simple geometrical shapes, for which the diffusion signal is known. We developed a signal processing algorithm to synthesize the key information contained in the diffusion signal and relate it to a set of parameters describing the tissue (notably the size and density of neurons). This algorithm is based on a study of the statistical moments of the signal at different MRI gradient strengths. Unlike existing methods, no biological parameters are arbitrarily fixed, which allows for the best possible description of the cortical tissue of each subject.3. An inversion algorithm to estimate the tissue parameters that generated the acquisition signal. Once the mathematical model relating tissue parameters to the diffusion signal is defined, the objective is to solve the inverse problem of estimating tissue microstructure from an observation. A limitation of current methods is their inability to identify all possible tissue configurations that can explain the same observed diffusion signal, making the interpretation of the proposed estimates difficult. We used a Bayesian deep-learning method called "likelihood-based inference" combined with neural networks to solve this problem. This method allows identifying and returning all possible tissue configurations along with their posterior distributions (probability given an observation), facilitating their interpretation.We first validated this approach on simulations. Based on a few acquisition constraints, we then applied the global resolution method to the HCP MGH and HCP1200 databases of the Human Connectome Project. We developed a python library to study those simulated or acquired data. The obtained results were then compared with histological and cognitive studies to verify their validity

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Chatterjee, Sudhanya. "Gaining insights into brain tissues using multi-compartment T2 relaxometry models." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1S083/document.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous avons proposé deux modèles multi-compartiments en IRM de relaxométrie T2 (MCT2) fournissant des informations sur la microstructure des tissus cérébraux. Trois compartiments de relaxométrie T2 ont été considérés dans chaque voxel représentant des tissus avec des temps de relaxation T2 courts, T2 moyens et T2 élevés. La complexité associée à l'estimation des paramètres de tels modèles paramétriques a ensuite été explorée. Le premier modèle MCT2 que nous avons proposé a estimé la représentation fractionnelle de compartiments T2 prédéfinis. Dans le second modèle, les représentations fractionnaires et le paramètre de relaxation moyenne ont été estimés pour le compartiment T2 moyen. Dans les deux modèles, le choix de l'approche était justifié par une analyse de la fonction de coût et un cadre d’estimation a été proposé. Le modèle MCT2 a été utilisé pour deux applications. Dans la première application, l’évolution des biomarqueurs de MCT2 a été étudiée dans les lésions de sclérose en plaques (SEP) présentant une prise de contraste gadolinium (Gd) ou non chez 10 patients présentant un syndrome cliniquement isolé. La seconde application a démontré le potentiel de combinaison des biomarqueurs MCT2 avec les informations de microstructure dérivées de l'IRM de diffusion pour identifier les régions présentant une prise de contraste Gd dans les lésions de SEP. Les résultats montrent que les biomarqueurs MCT2 proposés peuvent constituer des outils efficaces pour étudier l’état et l’évolution de la microstructure tissulaire dans le cerveau. La combinaison des biomarqueurs MCT2 avec les informations de microstructure dMRI nous a permis de progresser vers la résolution d’un problème critique et délicat consistant à limiter l'utilisation de gadolinium dans la détection de régions de lésion améliorantes dans les lésions de SEP
In this thesis, we propose two multi-compartment T2 relaxometry (MCT2) models which provide information on brain tissue microstructure. Three T2 relaxometry compartments were considered in each voxel representing tissues with short T2, medium T2 and high T2 relaxation times. The complexity associated with the estimation of the parameters for such parametric models has then been explored. The first MCT2 model we propose computes the fractional representation of pre-defined T2 pools. In the next MCT2 model the fractional representations as well as T2 pool parameter were estimated for the medium T2 compartment. For both models the choice of approach was justified using a cost function analysis and a dedicated estimation framework was proposed.Our MCT2 model was used for two applications. In the first application the evolution of MCT2 biomarkers was studied in gadolinium (Gd) enhancing and nonenhancing regions of multiple sclerosis (MS) lesions in 10 patients with clinically isolated syndrome. The potential of combining the MCT2 biomarkers with diffusion MRI (dMRI) derived microstructure information to identify Gd enhancing regions in MS lesions was then demonstrated in the second application. The results show that the proposed MCT2 biomarkers can be effective tools to study the condition and evolution of tissue microstructures in the brain. Combining the MCT2 biomarkers with dMRI microstructure information enabled us to address a critical and challenging problem of limiting the use of gadolinium usage in detecting enhancing lesion regions in MS patients

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Girard, Gabriel. "Tractographie de la matière blanche orientée par a priori anatomiques et microstructurels." Thesis, Nice, 2016. http://www.theses.fr/2016NICE4014/document.

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Abstract:

L’imagerie par résonance magnétique pondérée en diffusion est une modalité unique sensible aux mouvements microscopiques des molécules d’eau dans les tissus biologiques. Il est possible d’utiliser les caractéristiques de ce mouvement pour inférer la structure macroscopique des faisceaux de la matière blanche du cerveau. La technique, appelée tractographie, est devenue l’outil de choix pour étudier cette structure de façon non invasive. Par exemple, la tractographie est utilisée en planification neurochirurgicale et pour le suivi du développement de maladies neurodégénératives.Dans cette thèse, nous exposons certains des biais introduits lors de reconstructions par tractographie, et des méthodes sont proposées pour les réduire. D’abord, nous utilisons des connaissances anatomiques a priori pour orienter la reconstruction. Ainsi, nous montrons que l’information anatomique sur la nature des tissus permet d'estimer des faisceaux anatomiquement plausibles et de réduire les biais dans l’estimation de structures complexes de la matière blanche. Ensuite, nous utilisons des connnaissances microstructurelles a priori dans la reconstruction, afin de permettre à la tractographie de suivre le mouvement des molécules d’eau non seulement le long des faisceaux, mais aussi dans des milieux microstructurels spécifiques. La tractographie peut ainsi distinguer différents faisceaux, réduire les erreurs de reconstruction et permettre l’étude de la microstructure le long de la matière blanche. Somme toute, nous montrons que l’utilisation de connaissances anatomiques et microstructurelles a priori, en tractographie, augmente l’exactitude des reconstructions de la matière blanche du cerveau
Diffusion-weighted magnetic resonance imaging is a unique imaging modality sensitive to the microscopic movement of water molecules in biological tissues. By characterizing the movement of water molecules, it is possible to infer the macroscopic neuronal pathways of the brain. The technique, so-called tractography, had become the tool of choice to study non-invasively the human brain's white matter in vivo. For instance, it has been used in neurosurgical intervention planning and in neurodegenerative diseases monitoring. In this thesis, we report biases from current tractography reconstruction and suggest methods to reduce them. We first use anatomical priors, derived from a high resolution T1-weighted image, to guide tractography. We show that knowledge of the nature of biological tissue helps tractography to reconstruct anatomically valid neuronal pathways, and reduces biases in the estimation of complex white matter regions. We then use microstructural priors, derived from the state-of-the-art diffusionweighted magnetic resonance imaging protocol, in the tractography reconstruction process. This allows tractography to follow the movement of water molecules not only along neuronal pathways, but also in a microstructurally specific environment. Thus, the tractography distinguishes more accurately neuronal pathways and reduces reconstruction errors. Moreover, it provides the mean to study white matter microstructure characteristics along neuronal pathways. Altogether, we show that anatomical and microstructural priors used during the tractography process improve brain’s white matter reconstruction

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Ogunleke, Abiodun. "Imagerie chimique 3D de tumeurs du cerveau." Thesis, Bordeaux, 2019. http://www.theses.fr/2019BORD0040/document.

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Abstract:

L'histologie tridimensionnelle (3D) est un nouvel outil avancé de cancérologie. L'ensemble du profil chimique et des caractéristiques physiologiques d'un tissu est essentiel pour comprendre la logique du développement d'une pathologie. Cependant, il n'existe aucune technique analytique, in vivo ou histologique, capable de découvrir de telles caractéristiques anormales et de fournir une distribution3D à une résolution microscopique. Nous présentons ici une méthode unique de microscopie infrarouge (IR) à haut débit combinant une correction d'image automatisée et une analyse ultérieure des données spectrales pour la reconstruction d'image 3D-IR. Nous avons effectué l'analyse spectrale d'un organe complet pour un petit modèle animal, un cerveau de souris avec une tumeur de gliome implantée. L'image 3D-IR est reconstruite à partir de 370 coupes de tissus consécutives et corrigée à l'aide du tomogramme à rayons X de l'organe pour une analyse quantitative précise du contenu chimique. Une matrice 3D de spectres IR 89 x 106 est générée, ce qui nous permet de séparer la masse tumorale des tissus cérébraux sains en fonction de divers paramètres anatomiques,chimiques et métaboliques. Nous démontrons pour la première fois que des paramètres métaboliques quantitatifs (glucose, glycogène et lactate) peuvent être extraits et reconstruits en 3D à partir des spectres IR pour la caractérisation du métabolisme cérébral / tumoral (évaluation de l'effet de Warburg dans les tumeurs). Notre méthode peut être davantage exploitée en recherchant l'ensemble du profil spectral, en distinguant différents points de repère anatomiques dans le cerveau.Nous le démontrons par la reconstruction du corps calleux et de la région des noyaux gris centraux du cerveau
Three-dimensional (3D) histology is a new advanced tool for cancerology. The whole chemical profile and physiological characteristics of a tissue is essential to understand the rationale of pathology development. However, there is no analytical technique, in vivo or histological, that is able to discover such abnormal features and provide a 3D distribution at microscopic resolution.Here, we introduce a unique high- throughput infrared (IR) microscopy method that combines automated image correction and subsequent spectral data analysis for 3D-IR image reconstruction. I performed spectral analysis of a complete organ for a small animal model, a mouse brain with animplanted glioma tumor. The 3D-IR image is reconstructed from 370 consecutive tissue sectionsand corrected using the X-ray tomogram of the organ for an accurate quantitative analysis of thechemical content. A 3D matrix of 89 x 106 IR spectra is generated, allowing us to separate the tumor mass from healthy brain tissues based on various anatomical, chemical, and metabolic parameters. I demonstrate for the first time that quantitative metabolic parameters (glucose, glycogen and lactate) can be extracted and reconstructed in 3D from the IR spectra for the characterization of the brain vs. tumor metabolism (assessing the Warburg effect in tumors). Our method can be further exploited by searching for the whole spectral profile, discriminating different anatomical landmarks in the brain. I demonstrate this by the reconstruction of the corpus callosum and basal ganglia region of the brain

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Sablong, Raphaël. "Méthodes optiques pour l'exploration fonctionnelle du cerveau." Grenoble 1, 2002. http://www.theses.fr/2002GRE10231.

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Abstract:

Les avantages de l'utilisation de l'optique, pour l'exploration cérébrale sont bien connus: innocuité du rayonnement utilisé, portabilité de l'instrumentation, observation directe des variations des concentrations des hémoglobines ou des traceurs colorés. . . Ceci fait de la spectrométrie du proche infrarouge (NIRS) une technique complémentaire de la RMN, malgré la supériorité indéniable de cette dernière pour l'imagerie de tissus profonds à haute résolution spatiale. Lors de ce travail, effectué en concertation avec le Laboratoire de RMN Bioclinique, nous avons développé des dispositifs optiques simples en vue d'apporter des moyens auxiliaires de diagnostic de l'hémodynamique cérébrale. Les expériences in vivo, réalisées chez le rat, se sont déclinées selon trois thèmes: Premièrement la détermination du profil de la fonction d'entrée artérielle: Cette mesure, nécessaire à la quantification précise de la perfusion cérébrale, est souvent très approximative. Ici la forme de cette courbe de concentration d'un traceur (ICG) dans le compartiment artériel du cerveau, injecté en embole, est établie en s'appuyant sur les modulations du signal optique, synchronisées sur le battement cardiaque. Deuxièmement l'oxymétrie : le taux d'oxygénation du sang dans le cerveau a été mesuré notamment grâce à une méthode de spectrométrie large bande. Ce paramètre serait précieux pour des études de physiologie. Troisièmement le dépistage des situations d'accidents vasculaire cérébral (AVC), avec un volet imagerie: des cartographies de "temps d'arrivée" de bolus d'ICG sont notamment présentées. Le dispositif multicanal développé pour cette application permet de souligner une anomalie locale de perfusion cérébrale. Or le diagnostic des AVC est un enjeu majeur de santé publique. La pertinence de ces résultats préliminaires est critiquée en fonction des sources de bruit physiologique, et de rappels sur les présupposés théoriques appliqués à un système biologique complexe tel que le cerveau
Near Infrared spectroscopy can be a complementary technique to NMR for functional exploration of the brain. During this thesis, we have developed fibered optical devices in order to provide diagnosis auxiliary tools by cerebral hemodynamics measurements. In vivo experiments were performed in rats according to three objectives: first to determine the arterial input function from tissue optical density change after tracer (ICG) bolus injections; second oximetry by differential method based on wide band spectrometric measurement; third to map the arrival time of ICG bolus in order to detect stroke by means of a specific multichannel device. The relevance of these preliminary results is discussed taking into account physiologic noise sources and approximations of current models that are applied to such a complex biological system as brain

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Ben, Salem Douraïed. "Spectroscopie RMN du cerveau et maladies vasculaires." Dijon, 2008. http://www.theses.fr/2008DIJOMU05.

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Abstract:

L’atteinte microvasculaire du cerveau a un effet moins marqué que les AVC mais elle est à l’origine de dégâts neuronaux et d’altérations cognitives. La disposition de la vascularisation terminale des noyaux gris centraux(NGC) les expose particulièrement à l’ischémie. Par ailleurs, l’implication des NGC dans de nombreuses boucles anatomo-fonctionnelles est susceptible de favoriser les conséquences de ces lésions sur la cognition et la marche. Ce travail a pour but de présenter un nombre de résultats focalisant l’attention sur l’HTA. A propos de 2 cas de démence vasculaire, nous avons observé,en l’absence d’AVC,une baisse du NAA dans la substance grise sous-corticale. Cette observation nous a conduits à nous intéresser à la RMN et au NAA dans les NGC et les thalami dans les maladies ischémiques. La 1ère situation est celle de l’hémisphère controlatéral à un AVC sylvien. Dans cette étude, nous avons montré que la concentration en NAA de ces voxels «étalon» était en fait dépendante des FRCV sous-jacents du patient,notamment en présence d’une HTA. Afin de mieux préciser le rôle de l’HTA et de l’âge ainsi que les relations entre les anomalies neurochimiques observées et l’altération cognitive, il importait de pouvoir explorer une population indemne de tout AVC. L’étude 3C, nous a fourni une occasion intéressante. Nous avons pu sélectionner un groupe ne présentant aucun autre FRCV qu’une HTA. A partir de cette population, nous avons mis en évidence les liens entre la spectroscopie cérébrale et l’HTA. Une dernière publication a montré que, dans cette population, la flexibilité mentale et les performances à la marche étaient liées aux anomalies cérébrales morphologiques et métaboliques
The microvascular attack of brain has an effect less marked than stroke but it is at the origin of neuronal damage and cognitive deteriorations. The provision of the final vascularization of basal ganglia (BG) particularly exposes them to ischemia. Moreover, the involvement of the BG in many functional and anatomical loops is likely to favor the consequences of these vascular lesions on cognition, and balance & gait. This work aims to present a number of results focusing on hypertension. About 2 cases reports of vascular dementia, we observed, in the absence of stroke, a fall of the NAA in the subcortical gray matter. This observation led us to take an interest to explore ischemic disease by cerebral spectroscopy and to measure NAA ratios in BG and in thalami. The 1st situation is that of the controlateral hemisphere to an ischemic stroke. In this latter study, we showed that the NAA ratio of these “healthy” voxels were in fact dependent on the patient’s cardiovascular risk factors, in particular with the presence of hypertension. In order to better specify the role of hypertension and age as well as relations between the neurochemical abnormalities observed and the cognitive deterioration, it was important to be able to explore a strokeless population. The Three-City(3C) Study, provided us an interesting opportunity. We were able to select a group with no other cardiovascular risk factors except hypertension. From this population, we highlighted links between brain spectroscopy and hypertension. A final publication showed that in this population, mental flexibility and balance gait performances were linked to abnormal morphological and metabolic brain abnormalities

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Creac'h, Christelle. "Physiologie de la douleur et imagerie fonctionnelle cérébrale : une étude en IRM fonctionnelle sur l'activation cérébrale au cours d'une stimulation nociceptive aigue͏̈ chez 16 volontaires sains." Bordeaux 2, 1998. http://www.theses.fr/1998BOR23023.

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Grimbert, François. "Mesoscopic models of cortical structures." Nice, 2008. http://www.theses.fr/2008NICE4071.

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Abstract:

Cette thèse traite de modèles mésoscopiques de colonnes et d’aires corticales. Nous modélisons une colonne corticale comme un petit réseau de masses neuronales et une aire comme un réseau continu de telles colonnes, formant un champ neuronal. La première partie de cette thèse est consacrée aux colonnes corticales. Nous faisons une revue des connaissances actuelles sur la circuiterie columnaire puis nous présentons une étude mathématique d’un modèle mésoscopique de colonne basée sur les bifurcations. Dans la seconde partie, nous étudions deux modèles non-linéaires de champs neuronaux. Le premier modèle est un champ infini à deux dimensions qui nécessite une instanciation précise des connectivités et de la forme des solutions que l’on cherche. Pour ce modèle, nous nous intéressons à l’analyse de bosses d’activités. Le second modèle de champ, neuronal est défini sur un modèle compact. Nous discutons l’existence, l’unicité et la stabilité des solutions de ces équations, et la capacité d’un tel modèle à exhiber de la synchronie, en utilisant des techniques d’analyse fonctionnelle. La dernière partie de cette thèse est consacrée à la modélisation des signaux d’imagerie optique extrinsèque. Nous montrons d’abord que les champs neuronaux constituent des modèles d’aires corticales satisfaisants. Nous proposons ensuite une formule biophysique pour le problème direct de l’imagerie optique extrinsèque. Finalement, nous présentons des simulations numériques qui reproduisent des signaux optiques observés dans le cortex visuel des mammifères ainsi que dans le cortex barrelé du rat
This thesis deals with mesoscopic models of cortical columns and cortical areas. We model a cortical column as a small network of neural masses and a cortical area as a two-dimensional continuous network of such cortical columns, forming then a neural field. The first part of this thesis is dedicated to cortical columns. We review the current biological knowledge on columnar circuitry and present a mathematical study of a mesoscopic column model based on bifurcation techniques. In the second part, we study two nonlinear neural field models. The first model consists in infinite two-dimensional fields that need a precise instantiation of the connectivities and a precise definition of the patterns we expect it to produce. In this framework, we focus on the analysis of bumps. The second neural field model is defined on a compact domain? We discuss its well-posedness, stability and ability to show synchrony via functional analysis techniques. The last part of this thesis deals with the modelling of voltage sensitive dye optical imaging signals. We show that neural fields are suitable models of cortical areas. Then we propose a biophysical formula, based on neural fields, for the direct problem of VSDO ! Finally, we make numerical simulations and reproduce optical signals that have been observed in the visual cortex of mammals and the barrel cortex of the rat

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Destrieux, Christophe. "Établissement et validation d'un atlas anatomique informatisé du cortex cérébral humain étudié in vivo sur représentation déplissée." Thesis, Tours, 2009. http://www.theses.fr/2009TOUR3123/document.

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Abstract:

Dans une 1ère partie, nous présentons l’évolution des méthodes utilisées pour décrire l’anatomie corticale, et lui appliquer des systèmes de coordonnées. Dans une 2ème partie, nous commentons la méthode de parcellisation automatique du cortex cérébral humain que nous avons publiée, en la replaçant au sein d’autres techniques disponibles. Elle utilise une approche bayesienne pour produire une parcellisation prenant en compte une base de donnée constituée de 12 cerveaux, mais aussi les caractéristiques de la surface corticale et la localisation des classes anatomiques voisines. Enfin, dans une 3ème partie, nous commentons les règles qui ont prévalu à l’établissement d’une parcellisation surfacique sulco-gyrale originale. Cette parcellisation en 74 classes anatomiques par hémisphère est utilisable par la méthode de parcellisation automatique tout en restant proche des conventions usuelles de la communauté de neuroimagerie. Elle nous permet de proposer un certain nombre d’améliorations de la Terminologia Anatomica. Le logiciel et la base de données sont disponibles avec le paquet FreeSurfer sur http : //surfer.nmr.mgh.harvard.edu/
We first present different methods used to describe the anatomy of the human cerebral cortex, and various coordinates systems. Then we comment the method we published for a fully automated parcellation of the cortical surface. It is described among various other techniques developed for the same purpose. Our method uses a bayesian approach to include several pieces of information in the labeling process : manual parcellation of 12 cortical surfaces, but also shape of the surface and anatomical classes of neighboring vertices. Finally, we comment the anatomical rules we proposed to parcellate the cortical surface in 74 anatomical classes per hemisphere. This parcellation can be used by the automated method we published, but also remains close enough to the anatomical conventions used in the neuroimaging field. We propose several improvements of the Terminologia Anatomica The software and the database are available and included in the FreeSurfer package (http : //surfer.nmr.mgh.harvard.edu/)

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Saikali, Stéphan. "Construction d'un atlas stéréotaxique de cerveau de porc." Rennes 1, 2010. http://www.theses.fr/2010REN1B136.

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Abstract:

L'observation de lacunes dans l'unique atlas stéréotaxique de cerveau de porc disponible dans la littérature nous a amené à construire un atlas stéréotaxique digital tridimensionnel (3D) de cerveau de porc afin qu'il réponde au mieux aux exigences de l'imagerie et de la chirurgie fonctionnelles. Nous avons, dans un premier temps, adapté à notre thématique de recherche puis déterminé les meilleurs paramètres d'acquisition possible sur une IRM 4,7T afin d'obtenir des images de haute résolution. Nous avons également adapté les techniques histologiques standards aux contraintes de taille et de tissu afin de sauvegarder au maximum la stéréotaxie du cerveau de porc. Dans un second temps nous avons construit un atlas anatomique de cerveau de porc à partir des données histologiques et d'imagerie d'un seul hémisphère en leur appliquant une symétrie au plan sagittal médian passant par la ligne CA-CP. Un atlas probabiliste a également été construit à partir de trois cerveaux de porcs en utilisant l'atlas précédent comme référentiel stéréotaxique. Nos résultats ont abouti à un atlas anatomique digital et 3D comportant les données spatiales de 178 structures corticales, sous-corticales et cérébelleuses dont 28 aires corticales nettement identifiées par hémisphère. L'atlas probabiliste comporte des données spatiales probabilistes de 62 structures sous-corticales. Le caractère digital et 3D de notre atlas a déjà permis de le confronter à des images multimodales de cerveau de porc. Les rares données neuroanatomiques disponibles dans la littérature soulignent la nécessité de valider nos résultats, dans le futur, à la lumière des prochaines études corticales et sous-corticales menées chez le porc. L'analyse anatomique du cerveau de porc démontre certaines analogies avec le cerveau humain et souligne l'intérêt de ce modèle animal dans les études fondamentales de neuroimagerie et de neurochirurgie
The presence of several lacks in the sole stereotaxic pig brain atlas available in the litterature led us to build a three dimensional (3D) digital and stereotaxic atlas from pig brain so that it fulfills the needs of functional neuroimaging and functional neurosurgery. In a first step we had to adapt to our theme the best acquisition parameters possible on a 4. 7 MRI to obtain high resolution images. We also adjusted the standard histological techniques to the constraints of size and tissue to respect pig brain stereotaxic coordinates integrity. In a second step we built an anatomical atlas of pig brain from MR and histological images of one hemisphere by applying a symmetrical transformation through the midsagittal plane. A probabilistic atlas has also been built from three pig brains using the former atlas as the spatial stereotaxic frame. Our results have led to an anatomical 3D and digital atlas containing data for 178 cortical, subcortical and cerebellar structures, including 28 clearly identified cortical areas per hemisphere. The probabilistic atlas contains spatial probabilistic coordinates of 62 deep brain structures. Our digital and 3D atlas has been successfully compared to pig brain multimodal images. The few neuroanatomical data available in the litterature emphasize the need to validate our results by future cortical and subcortical studies. The anatomical analysis of pig brain shows similarities with human brain and underlines the importance of this animal model in fundamental neuroimaging and neurosurgery studies

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Clouchoux, Cédric. "Localisation et parcellisation corticale pour la mise en correspondance inter-sujets de données cérébrales." Aix-Marseille 2, 2008. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2008AIX22079.pdf.

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Abstract:

Cette thèse aborde la mise en correspondance des surfaces corticale de différents sujets, point essentiel de l'annalyse de données cérébrales fonctionnelles et anatomiques acquises par IRM. Nous abordons le problème en proposant une méthode de paramétrisation anatomiquement invariante de la surface. L'objectif est de construire un référentiel surfacique reproductible qui permette d'idntifier n'importe quel point par rapport à un certains nombres d'invariants anatomiques. Ces invariants, extraits à partir d'un modèle générique d'organisation de la surface corticale, sont détéctés et identifiés automatiquement. Ces invariants, extraits à partir d'un modèle générique d'organisation de la surface corticale, sont détectés et identifiés automatiquement. A partir de ces structures, la paramétrisation est extrapolée sur l'ensemble du cortex par résolution d'une équation aux dérivées partielles. Nous proposons également une technique de parcellisation du ruban cortical basée sur le système de coordonnées préalablement construit. Les méthodes proposées sont validées sur un grand jeu de données réelles
This thesis deals with inter-subject cortical surface matching, a central point of anatomical and functional MR data analysis. The problem is tackled by defining an anatomically invariant surface parameterization process. The goal is to build a reproductible surface based referential able to locate any point relative to a number of anatomically invariant features. Those features, defined via o model of cortical organisation, are detected and identified automatically. Frome these features, the parametrization is extrapolated over the whole cortex by solving a PDE. We also propose a cortical parcellation technique from the coordinate sytem built before. Processes are tested on a large set of real data

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Keller, Merlin. "Selection of a model of cerebral activity for fMRI Group Data analysis." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112045.

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Abstract:

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf ) permet d’acquérir des images tridimensionnelles de l’activité cérébrale d’un sujet soumis à une séquence de stimulations sensorielles. L’analyse statistique des ces données permet de détecter les aires cérébrales actives en réponse aux différentes stimulations. Lorsque plusieurs sujets ont été recrutés pour une expérience, l’analyse de groupe consiste à généraliser les résultats individuels à la population d’intérêt dont sont issus les sujets. La variabilité morphologique du cerveau humain rend cependant la comparaison des images acquises sur les différents sujets problématique. L’approche usuelle pour contrer cette difficulté consiste à recaler les sujets dans un Référentiel commun, puis de comparer les cerveau séparément en chaque point de ce référentiel. Cette étape de recalage n’ étant jamais parfaite, il en résulte une incertitude sur la localisation spatiale de chaque sujet. Nous proposons dans un premier temps d’ étendre le modèle classique d’analyse de groupe afin de prendre en compte cette incertitude spatiale. Dans un deuxième temps, nous développons à partir de ce modèle une nouvelle approche de détection d’aires cérébrales actives, basée sur des régions d’intérêt prédéfinies plutôt que sur les procédures de seuillage couramment utilisées
This thesis is dedicated to the statistical analysis of multi-sub ject fMRI data, with the purpose of identifying bain structures involved in certain cognitive or sensori-motor tasks, in a reproducible way across sub jects. To overcome certain limitations of standard voxel-based testing methods, as implemented in the Statistical Parametric Mapping (SPM) software, we introduce a Bayesian model selection approach to this problem, meaning that the most probable model of cerebral activity given the data is selected from a pre-defined collection of possible models. Based on a parcellation of the brain volume into functionally homogeneous regions, each model corresponds to a partition of the regions into those involved in the task under study and those inactive. This allows to incorporate prior information, and avoids the dependence of the SPM-like approach on an arbitrary threshold, called the clusterforming threshold, to define active regions. By controlling a Bayesian risk, our approach balances false positive and false negative risk control. Urthermore, it is based on a generative model that accounts for the spatial uncertainty on the localization of individual effects, due to spatial normalization errors. On both simulated and real fMRI datasets, we show that this new paradigm corrects several biases of the SPM-like approach, which either swells or misses the different active regions, depending on the choice of a cluster-forming threshold

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Géraud, Thierry. "Segmentation des structures internes du cerveau en imagerie par résonance magnétique tridimensionnelle." Paris, ENST, 1998. http://www.theses.fr/1998ENST0012.

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Abstract:

Pour l'observation neurologique, le caractère in vivo des systèmes d'imagerie est attrayant, ce qui explique que les images du cerveau sont maintenant un outil classique de la pratique clinique et de la recherche. Le type d'imagerie par excellence de l'anatomie cérébrale est l'imagerie par résonance magnétique (IRM), et un des principaux enjeux du traiteur d'images est la segmentation automatique des structures cérébrales, sujet de notre travail de thèse. A la clef, le nombre d'applications de la segmentation est important : réalisation de mesures morpho métriques, détection de pathologies, planification d'une opération chirurgicale, obtention d'une référence anatomique pour des études fonctionnelles, etc. L'apport de méthodes de reconnaissance de formes a la classification des différentes matières cérébrales, à partir des seuls niveaux radiométriques des images, comporte certaines limites. Même si elles sont supervisées, ces méthodes ne permettent pas de distinguer facilement différentes classes au sein de la substance grise. Lorsqu'elles sont automatiques, leur utilisation doit s'inscrire dans une procédure empirique afin de garantir un résultat robuste, et doit être restreinte à des régions d'intérêt pour que ce résultat soit véritablement pertinent. Ces méthodes ne respectant que partiellement la cohérence spatiale des classes dans l'image, nous traitons l'introduction d'informations contextuelles avec des formalismes mathématiques différents. A l'aide d'une régularisation spatiale markovienne tout d'abord, nous montrons que des termes d'énergie de localisation permettent de séparer deux classes de substance grise : le cortex et les noyaux centraux. A l'aide de morphologie mathématique ensuite, nous présentons un ensemble de procédures pour le traitement de divers objets cérébraux ; en particulier, la procédure de segmentation de l'encéphale est robuste et reproductible, et nous obtenons des marqueurs individuels pour les ventricules latéraux, les noyaux caudés, les putamens, et les thalami. Enfin, nous proposons une méthode contextuelle d'estimation des caractéristiques des tissus purs, à partir d'une segmentation grossière. Notre dernière contribution est de proposer une procédure de reconnaissance progressive, guidée par un atlas. L'originalité de cette procédure est multiple. D'une part, elle prend en compte des informations structurelles sous la forme de contraintes spatiales flexibles, dont le formalisme s'appuie sur la théorie des ensembles flous et de la fusion d'informations. Les méthodes de segmentation présentées précédemment sont alors utilisées non plus globalement, mais conditionnellement a une région d'intérêt de limites imprécises. D'autre part, le calcul de la correspondance entre volume IRM et atlas que nous proposons permet d'inférer un champ de déformation discret, respectant des contraintes sur la surface des objets. Enfin, le caractère séquentiel de la procédure permet de s'appuyer sur la connaissance des objets déjà segmentes pour accéder a des objets dont l'obtention est a priori de plus en plus difficile. Les premiers résultats sont très prometteurs : le ventricule latéral, le noyau caude, le putamen, et les troisième et quatrième ventricules (à notre connaissance, jamais segmentes automatiquement), sont correctement reconnus. Il reste encore à valider notre procédure sur un jeu d'acquisitions variées.

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Gupta, Vikash. "Imagerie du tenseur de diffusion du cerveau : vers des outils cliniques quantitatifs." Thesis, Nice, 2015. http://www.theses.fr/2015NICE4007/document.

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Abstract:

La thèse explore trois questions méthodologiques en imagerie de diffusion (DTI) clinique du cerveau, dans le contexte d’une étude sur le VIH. La première question est comment améliorer la résolution du DTI. Le deuxième problème est comment créer un atlas multimodal spécifique à la population. La troisième question porte sur le calcul des statistiques pour comparer les zones de matière blanche entre les contrôles et patients. Les DTI cliniques ont une résolution spatiale et un rapport signal sur bruit faibles, ce qui rend difficile le calcul de statistiques significatives. Nous proposons un algorithme de super-résolution pour améliorer la résolution qui utilise un a priori spatial anisotrope. Cette méthode démontre une amélioration de l’anisotropie fractionnelle et de la tractographie. Pour normaliser spatialement les images du cerveau dans un système de coordonnées commun, nous proposons ensuite de construire un atlas multimodal spécifique á la population. Ceci permet de créer un atlas probabiliste de la matière blanche qui est consistant avec l’atlas anatomique. Cet atlas peut être utilisé pour des statistiques basées sur des régions d’intérêt ou pour le raffinement d’une segmentation. Enfin, nous améliorons les résultats de la méthode TBSS (Tract-Based Spatial Statistics) en utilisant le recalage des images DTI. Contrairement á la méthode TBSS traditionnelle, nous utilisons ici des statistiques multivariées. Nous montrons que ceci permet de détecter des différences dans les régions de matière blanche qui étaient non significatives auparavant, et de les corréler avec les scores des tests neuropsychologiques
The thesis explores three major methodological questions in clinical brain DTI, in the context of a clinical study on HIV. The first question is how to improve the DTI resolution. The second problem addressed in the thesis is how to create a multimodal population specific atlas. The third question is on the computation of statistics to compare white matter (WM) regions among controls and HIV patients. Clinical DTIs have low spatial resolution and signal-to-noise ratio making it difficult to compute meaningful statistics. We propose a super-resolution (SRR) algorithm for improving DTI resolution. The SRR is achieved using anisotropic regularization prior. This method demonstrates improved fractional anisotropy and tractography. In order to spatially normalize all images in a consistent coordinate system, we create a multimodal population specific brain atlas using the T1 and DTI images from a HIV dataset. We also transfer WM labels from an existing white matter parcellation map to create probabilistic WM atlas. This atlas can be used for region of interest based statistics and refining manual segmentation. On the statistical analysis side, we improve the existing tract based spatial statistics (TBSS) by using DTI based registration for spatial normalization. Contrary to traditional TBSS routines, we use multivariate statistics for detecting changes in WM tracts. With the improved method it is possible to detect differences in WM regions and correlate it with the neuropschylogical test scores of the subjects

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Géraud, Thierry. "Segmentation des structures internes du cerveau en imagerie par résonance magnétique tridimentionnelle /." Paris : École nationale supérieure des télécommunications, 1998. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37175713f.

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Desjardins, Michèle. "Imagerie multimodale des corrélats vasculaires du vieillissement cérébral." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066774.

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Abstract:

Plusieurs décennies de recherche ont permis de démontrer que le vieillissement a des effets sur une multitudes de composantes du cerveau. En particulier, des preuves s'accumulent à l'effet qu'il existe un lien entre le fonctionnement du cerveau au niveau cognitif et la santé du système vasculaire, notamment le débit sanguin cérébral (DSC) qui diminue avec l'âge, ainsi que la santé cardiorespiratoire qui pourrait corréler à la performance cognitive selon certaines études. Plusieurs techniques d'imagerie cérébrale couramment utilisées en recherche, telles que le signal dépendant du niveau d'oxygénation du sang en imagerie par résonance magnétique (BOLDIRM), se basent sur les corrélats vasculaires de l'activité des neurones. Cela en fait des outils propices pour l'étude des effets vasculaires du vieillissement, qui influencent directement les signaux mesurés. Cette thèse a utilisé plusieurs techniques d'imagerie cérébrale basées sur l'hémodynamique pour étudier les effets du vieillissement sur le cerveau à différentes échelles spatiales, chez l'humain et dans un modèle animal chez le rat. Dans un premier temps, la microscopie biphotonique a été utilisée pour mesurer la vitesse des globules rouges, le diamètre et la densité des capillaires ainsi que l'hématocrite local dans près de 1000 capillaires chez 12 rats Long-Evans jeunes (3 mois) et 12 rats âgés (24 mois) anesthésiés. Il a été mesuré que la vitesse des globules rouges et le diamètre étaient plus élevés dans les capillaires de rats âgés (par 48 et 7% respectivement), tandis que l'hématocrite et la densité volumiques des capillaires étaient plus faibles (par 32 et 20%). Ces résultats suggèrent que la diminution du DSC avec l'âge serait surtout attribuable à une baisse de densité vasculaire. En second lieu, l'IRM et la spectroscopie résolue en temps de vol ont permis de mesurer le débit, l'oxygénation (sO2) et la concentration totale d'hémoglobine (HbT) dans les cerveaux d'humains jeunes (18-30 ans) et âgés (62-72 ans), en plus de la réponse à une tâche cognitive de Stroop en termes de BOLD et de DSC. La capacité cardiorespiratoire des sujets et été mesurée par un test de VO2max. Nous avons mesuré, dans le cortex préfrontal gauche sollicité par la tâche de Stroop, des valeurs plus faibles de DSC (par 19%), sO2 (par 6%) et HbT (par 21%) chez les sujets âgés. Dans le groupe âgé, les mesures de sO2 étaient corrélées à la performance cognitive dans la tâche Stroop ainsi qu'au VO2max, mais pas celles de DSC ni de HbT. Ces résultats suggèrent un effet protecteur de l'exercice physique sur la santé cognitive dans le vieillissement, dont les mécanismes seraient liés à une amélioration de l'oxygénation cérébrale
Several decades of research have demonstrated that aging affects a multitude of components in the brain. In particular, evidence is accumulating on the relation between brain function and vascular health, including cerebral blood flow (CBF), which decreases with age, and cardiopulmonary health which could correlate with cognitive performance according to some studies. Several brain imaging techniques commonly used in research, such as the blood oxygenation level dependent signal in magnetic resonance imaging (BOLD-MRI), are based on the vascular correlates of neural activity. This makes them suitable tools for the study of the vascular effects of aging, which directly influence the measured signals. This thesis used several imaging modalities based on hemodynamics to study the effects of aging on the brain at different spatial scales, in humans and in an animal model, the rat. Initially, two-photon microscopy was used to measure the velocity of red blood cells (RBCs), the diameter and the density of capillaries and the local hematocrit in nearly 1000 capillaries in 12 young (3 months-old) and 12 aged anesthetized Long-Evans rats (24 months-old). We measured higher RBCs velocity and diameter in the capillaries of aged rats (by 48 and 7 % respectively), while the hematocrit and volumetric capillary density were lower (by 32 and 20 %). These results suggest that the decrease in CBF with age is due primarily to a decrease in vascular density. Second, MRI and time-resolved spectroscopy were used to measure the CBF, oxygenation (sO2) and total hemoglobin concentration (HbT) in the brains of young (18-30 years-old) and elderly (62-72 years-old) humans, in addition to the response to a cognitive Stroop task in terms of BOLD and CBF. Cardiorespiratory fitness was measured by a VO2max test. In the left prefrontal cortex activated by the Stroop task, we measured lower values of CBF (by 19%), sO2 (by 6%) and HbT (by 21%) in the elderly. In the older group, measures of sO2 were correlated with Stroop task cognitive performance and with VO2max, while CBF and HbT were not. These results suggest a protective effect of physical activity on cognitive health in aging, mediated by an improvement in cerebral oxygenation. Finally, the same groups of young and old rats were subjected to a vasodilating stimulus, hypercapnia, for measuring the hemodynamic response with several imaging modalities. The data demonstrated a decrease in the hemodynamic response to hypercapnia in terms of CBF, HbT and HbO (oxygenated hemoglobin) in aged rats, suggesting decreased vascular reactivity

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Trad, Dalila. "Interface Cerveau-Machine : application au handicap moteur." Versailles-St Quentin en Yvelines, 2012. http://www.theses.fr/2012VERS0033.

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Abstract:

L’interface cerveau-ordinateur (ICO) ou l’interface cerveau-machine (ICM) est un système de communication et de contrôle directs. Elle s’appuie uniquement sur l’activité cérébrale d’une personne et un système électrique ou mécanique sans aucune intervention musculaire. Dans notre thèse, nous avons contribué à l’optimisation de certaines étapes et tout particulièrement l’extraction de caractéristiques de l’électroencéphalogramme (EEG) et la classification des tâches mentales dans une ICM de type indirect, asynchrone et indépendant. Cette ICM se base sur la mesure et l’analyse des signaux EEG récoltés sur le scalp d’un individu à l’aide d’électrodes de surface. Elle est asynchrone puisqu’elle exploite la production volontaire de l’activité cérébrale. En fait, cette activité que nous avons enregistrée à l’aplomb du cortex moteur change durant l’activité motrice, lors de la réalisation du mouvement ou lorsque le sujet imagine un mouvement. Du point de vue méthodologique, nous avons proposé une nouvelle technique d’extraction de caractéristiques destinée aux signaux EEG. Cette méthode nous a permis de mettre en évidence la puissance dans les rythmes sensorimoteurs lorsque le sujet imagine un mouvement. Ensuite, nous avons appliqué des méthodes la classification sur la base des vecteurs caractéristiques déjà construits. Le but de cette phase est de déterminer l’´etat mental de l’individu lors de l’imagination d’un mouvement. De plus, plusieurs mesures permettant de quantifier la performance des classifieurs ont été utilisées afin de valider notre méthode d’extraction de caractéristiques proposée. En utilisant deux jeux de données distincts : un basé sur nos propres expériences et l’autre issu d’une base de donnée (Benchmark), nous avons montré que notre approche non linéaire proposée pour l’extraction de caractéristiques a amélioré significativement les performances de classification par rapport aux approches linéaires classiques. Enfin, nous avons implémenté sous MATLAB/Simulink un modèle qui permet de traduire en ligne l’ensemble de ces méthodes pour décoder l’etat mental du sujet
The brain-computer interface (BCI) or brain-machine interface (BMI) is a system of direct communication and control. It relies solely on brain activity of a subject and an electrical or mechanical system without any intervention muscle. In our study, we have contributed to the optimization of certain stages and especially the extraction of features from the electroencephalogram (EEG) and classifying mental tasks in an indirect, asynchronous and independent type of ICM. The ICM is based on the measurement and analysis of EEG signals collected from the scalp of an individual using surface electrode. It is asynchronous because it exploits the voluntary production of brain activity. In fact, this activity that we recorded at the base of the motor cortex changes during motor activity, when the movement takes place or when the subject imagines a movement. From the methodological point of view, we proposed a new technique for feature extraction for EEG signals. This method allowed us to highlight the power in the sensorimotor rhythms when the subject imagines a movement. Then we applied the classification methods based on the feature vectors already built. The aim of this phase is to determine the mental state of the individual during the imagination of a movement. In addition, several measures for quantifying the performance of classifiers were used to validate our proposed method of feature extraction. Using two separate data sets: one based on our own experiences and the other from a database (Benchmark), we showed that our proposed approach for nonlinear feature extraction significantly improved performance classification compared to traditional linear approaches. Finally, we implemented in MATLAB / Simulink a model that implements online all of these methods to decode the subject's mental state

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Bernon, Jean-Luc. "Correction des phénomènes physiques en tomoscintigraphie cérébrale et recalage multimodal tridimensionnel." Montpellier 2, 2000. http://www.theses.fr/2000MON20031.

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Abstract:

Ces trois dernieres decennies, le developpement des systemes informatiques ont permis une evolution majeure de l'imagerie medicale. Actuellement, le medecin dispose de nombreuses techniques d'imagerie pour l'aider a etablir un diagnostic de plus en plus precis et fiable. Parmi celles-ci, on peut citer la tomographie d'emission monophotonique (temp) qui permet d'acquerir une information fonctionnelle d'un organe. L'objectif principal de cette these est d'incorporer, dans un algorithme iteratif de reconstruction tomographique en scintigraphie cerebrale, une correction des trois phenomenes principaux degradant un examen temp (perte de resolution, attenuation et diffusion compton) ; le but etant de parvenir a une information quantitative meilleure que celle obtenue actuellement en routine clinique. Ces corrections doivent etre precises mais suffisamment simples a mettre en uvre pour permettre une exploitation routiniere. L'importance relative de chaque correction d'un point de vue qualitatif et quantitatif est etudiee, de meme que la precision des algorithmes de reconstruction utilises (gradient conjugue et osem). Il est demontre, que pour une quantification precise, une correction de ces trois phenomenes est indispensable. Par ailleurs, la methode du gradient conjugue semble superieure a celle de l'osem. La correction de l'attenuation est realisee de maniere non uniforme en utilisant une carte de coefficients d'attenuation deduite d'un examen de tomodensitometrie recale prealablement sur l'examen temp. Nous avons donc aussi developpe un algorithme de recalage multimodal et tridimensionnel, permettant de recaler deux examens cerebraux d'un meme patient. La technique appelee recalage surfacique a ete retenue et grace a des algorithmes originaux de detection de contours et a une modification d'une methode classique de minimisation (methode du simplexe), nous sommes parvenus a un logiciel permettant une reelle utilisation routiniere.

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Renard, Félix. "Création et utilisation d'atlas en IRM de diffusion : application à l'étude des troubles de la conscience." Strasbourg, 2011. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2011/RENARD_Felix_2011.pdf.

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Abstract:

Le but de cette thèse a été la création d'atlas pour l'imagerie par résonance magnétique de diffusion (IRMd). L'IRMd est une modalité permettant d'observer indirectement pour la première fois les fibres de substance blanche in vivo. Le développement de l'imagerie médicale conduit à des volumes de données de plus en plus importants, pour des groupes d'individus de plus en plus nombreux. Les atlas permettent de modéliser cette grande quantité d'information tout en rendant compte de la variabilité inter-individuelle existant au sein d'une population. L'aide au diagnostic est rendue plus performante par la prise en compte implicite d'une grande base d'images de référence. La modalité d'IRMd délivre des signaux complexes permettant d'étudier aussi bien des phénomènes locaux que des mécanismes globaux à l'échelle du cerveau. En raison de la complexité de ce type d'imagerie, il a été nécessaire de développer des outils statistiques, basés sur des atlas, permettant de quantifier ces phénomènes pathologiques, et de les différencier des phénomènes normaux. Le but de cette thèse a été la création d'atlas probabilistes dans un cadre général, et leur application en IRMd pour des patients atteints de troubles de la conscience. Plus précisément, la construction de cet atlas a consisté premièrement en la modélisation probabiliste d'une population de référence supposée saine, deuxièmement en l'identification des différences statistiquement significatives entre un nouvel individu présentant des troubles de la conscience et l'atlas probabiliste. La création de cet atlas doit permettre une meilleure compréhension des mécanismes physiopathologiques sous-tendant les troubles de la conscience
This dissertation deals with the creation of an atlas for diffusion magnetic resonance imaging (dMRI). For the first time, diffusion MRI allows to characterize the underlying neuronal structures. The development of medical imaging leads to more and more important data, for more and more persons. This atlas allow to model this new, important quantity of information, taking into account the inter-individual variability existing in a population. The help of diagnostic is more efficient, with the implicit knowledge of a large database of reference images. The dMRI modality delivers complex signals permitting to study the brain at different scales, from the voxel to the whole brain. Due to the complexity of this kind of imaging, it has been necessary to develop some statistical tools, based on the atlas, permitting to quantify pathological phenomena, and to differentiate them from normal phenomena. The aim of this thesis is the creation of probabilistic atlas for a general case, and the application of the dMRI for persons who have consciousness impairment. More precisely, the conception of this atlas consists in one hand to elaborate a probabilistic model of a normal population supposed healthy, and on the other hand to identify significant statistical differences between a person with some consciousness impairment and the probabilistic atlas. The creation of this atlas permits a better understanding of the physio pathological mechanisms of the consciousness impairments

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Lebreton, Maël. "Value processing in the human brain : an fMRI investigation." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066390.

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Abstract:

Several disciplinary fields make use of the concept of value to explain human and animal behaviours. This thesis uses functional imagery technics to investigate value representation in the human brain. Our studies demonstrate that the activity in the limbic fronto-striatal circuits corresponds to a value representation, and that this brain system interact with other brain systems –mirror neurons, episodic memory, attentional and motor circuits-, to account for specific behaviours –mimetic desire, patience in inter-temporal choices, and incentive motivated motor and cognitive effort production. We also show that biological constraints due to the value implementation within brain signals can have important consequences on our behaviour. Deciphering value biological processing constitutes a fundamental step toward better understanding our motives
Plusieurs disciplines ont recours au concept de valeur pour formaliser les comportements humains et animaux. Le travail de cette thèse examine à l’aide de techniques d’imagerie fonctionnelle les représentations cérébrales des valeurs chez l’homme. Ce travail démontre plus particulièrement que l’activité du système préfrontal limbique correspond à une représentation des valeurs, et que ce système interagit avec d’autres systèmes bien connus –neurones miroirs, mémoire épisodique, circuits attentionnels et moteurs-, rendant compte de comportements spécifiques –désir mimétique, patience lors de choix inter-temporels, motivation de l’effort cognitif et moteur par incitation. Nous montrons aussi que des contraintes biologiques liées à l’implémentation des valeurs dans notre cerveau peuvent avoir des conséquences sur notre comportement. Mieux appréhender le traitement biologique des valeurs constitue une étape fondamentale vers la compréhension du pourquoi de nos actions

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Akkari, Ibtihage. "Leucomalacie périventriculaire du prématuré : corrélations, imagerie clinique." Montpellier 1, 1988. http://www.theses.fr/1988MON11358.

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Haghbayan, Hourmazd. "The prognostic value of magnetic resonance imaging in moderate and severe traumatic brain injury : a Systematic Review and Meta-Analysis." Master's thesis, Université Laval, 2020. http://hdl.handle.net/20.500.11794/68020.

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Abstract:

Les traumatismes craniocérébraux constituent une cause importante de mortalité et de morbidité à travers le monde, et représentent un fardeau socioéconomique important dans les pays développés en raison de l'incapacité résiduelle post-traumatique dont souffrent les patients après leur traumatisme. Malgré la fréquence élevée d'issues cliniques défavorables à long terme, il existe actuellement peu d'indicateurs pronostiques permettant de guider le clinicien dans la prise en charge aiguë de ces patients et de conseiller leurs familles et proches. Plus de quatre décennies d'études observationnelles ont examiné l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique effectuée en phase aiguë dans son rôle potentiel à distinguer rapidement l'issue clinique post-traumatisme à long terme chez ces patients. Le présent travail vise donc à déterminer la valeur pronostique de l'imagerie par résonance magnétique effectuée en phase aiguë de traitement suite à un traumatisme craniocérébral modéré ou grave chez l'adulte, en utilisant une méthodologie de revue systématique et méta-analyse pronostique, afin d'identifier toutes les études évaluant la relation entre les modèles de lésions identifiés par résonance magnétique et l'issue clinique à long terme. Nos travaux ont identifié 58 études individuelles. Après méta-analyse, les lésions localisées dans le tronc cérébral se sont révélées être associées à une mortalité augmentée (toutes causes confondues) et une issue neurologique défavorable alors que les lésions compatibles avec une lésion axonale diffuse ont été associées à une augmentation du risque d'issue neurologique défavorable. Deux échelles de classement basées sur la gravité de la lésion ont été associées à des issues neurologiques de plus en plus défavorables au fur et à mesure de l'augmentation du nombre de structures cérébrales caudales touchées, confirmant ainsi l'importance des lésions profondes. Ces résultats démontrent l'utilité pronostique de l'imagerie par résonance magnétique effectuée rapidement après un traumatisme craniocérébral et indiquent la nécessité d'entreprendre des études pronostiques de cohorte de haute qualité et bien contrôlées, en raison du risque élevé de biais dans la littérature actuelle.
Traumatic brain injury is a major cause of mortality and morbidity worldwide and represents a significant socioeconomic burden in developed nations due to residual post-trauma disability among survivors. Despite high rates of long-term unfavourable outcome, few prognostic indicators currently exist to guide early clinical management and counsel family and friends of patients. Over four decades of observational studies have examined the potential role of early magnetic resonance imaging of the brain to distinguish long-term clinical outcome by examining lesion patterns identifiable soon after trauma. This present work thus aims to determine the prognostic value of early magnetic resonance imaging following moderate or severe traumatic brain injury in adults by employing prognostic systematic review and meta-analysis methodology to identify all published studies assessing the relationship between magnetic resonance lesion patterns and long-term clinical outcome. Our search identified 58 individual studies; following meta-analysis, lesions located in the brainstem were associated with all-cause mortality and unfavourable neurological outcome while shear injury patterns compatible with diffuse axonal injury anywhere in the brain were associated with increased risk of unfavourable neurological outcome. Two scoring systems based on lesion depth were associated with progressively worse neurological outcomes as more caudal cerebral structures were affected, confirming the importance of deep lesions. These findings demonstrate the prognostic utility of magnetic resonance imaging early following traumatic brain injury and indicate the need for high quality, well-controlled, prognostic cohort studies given the elevated risk of bias in the current body of literature.

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Mani, Meenakshi. "Quantitative analysis of open curves in brain imaging : applications to white matter fibres and sulci." Rennes 1, 2011. http://www.theses.fr/2011REN1S026.

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Abstract:

This thesis is a study of how the physical attributes of open curves can be used to advantage in the many varied quantitative applications of white matter fibers and sulci. Shape, scale, orientation and position, the four physical features associated with open curves, have different properties so the usual approach has been to design different metrics and spaces to treat them individually. We use a comprehensive Riemannian framework where joint feature spaces allow for analysis of combinations of features. This is an alternative approach where we can compare curves using geodesic distances. In this thesis, we validate the metrics we use, demonstrate practical uses and apply the tools to important clinical problems. To begin, specific tract configurations in the corpus callosum are used to showcase clustering results that vary with the different Riemannian distance metrics. This nicely argues for the judicious selection of metrics in various applications, a central premise in our work. The framework also provides tools for computing statistical summaries of curves, a first step in statistical analysis. We represent fiber bundles with a mean and variance which describes their essential characteristics. This is a convenient way to work with the large volume in white matter fiber analysis. Next, we design and implement methods to detect morphological changes in the corpus callosum and to track progressive white matter disease. With sulci, we address the specific problem of labeling. An evaluation of physical features and methods such as clustering leads us to a pattern matching solution in which the sulcal configuration itself is the best feature
Cette thèse se propose d'étudier comment les caractéristiques des courbes ouvertes peuvent être exploitées afin d'analyser quantitativement les sillons corticaux et les faisceaux de matière blanche. Les quatre caractéristiques d'une courbe ouverte--forme, taille, orientation et position--ont des propriétés différentes, si bien que l'approche usuelle est de traiter chacune séparément à l'aide d'une métrique ad hoc. Nous introduisons un cadre riemannien adapté dans lequel il est possible de fusionner les espaces de caractéristiques afin d'analyser conjointement plusieurs caractéristiques. Cette approche permet d'apparier et de comparer des courbes suivant des distances géodésiques. Les correspondances entre courbes sont établies automatiquement en utilisant une métrique élastique. Dans cette thèse, nous validerons les métriques introduites et nous montrerons leurs applications pratiques, entre autres dans le cadre de plusieurs problèmes cliniques importants. Dans un premier temps, nous étudierons spécifiquement les fibres du corps calleux, afin de montrer comment le choix de la métrique influe sur le résultat du clustering. Nous proposons ensuite des outils permettant de calculer des statistiques sommaires sur les courbes, ce qui est un premier pas vers leur analyse statistique. Nous représentons les groupes de faisceaux par la moyenne et la variance de leurs principales caractéristiques, ce qui permet de réduire le volume des données dans l'analyse des faisceaux de matière blanche. Ensuite, nous présentons des méthodes permettant de détecter les changements morphologiques et les atteintes de la matière blanche. Quant aux sillons corticaux, nous nous intéressons au problème de leur labellisation

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Panier, Thomas. "Imagerie par nappe laser de l'activité neuronale dans l'ensemble du cerveau d'un poisson-zèbre." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00979762.

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Abstract:

Un tiers de la thèse couvre la conception et le montage d'une expérience de stimulation tactile chez l'humain. En utilisant la microneurographie, nous avons pu enregistrer la réponse neuronale des mécanorécepteurs lorsqu'ils sont stimulés de façon précise et contrôlable. Notre dispositif permet le contrôle de la position, l¿orientation, la vitesse et de la force d'appui de la stimulation via une texture micro-usinée par nos soins. Ainsi les conditions sont réunies pour étudier de façon systématique la transduction de l'information tactile, qui se trouve d¿abord dans la surface à sonder puis passe dans le codage par les neurones du système nerveux. La seconde partie concerne le montage d'un microscope par nappe laser appliqué à l'enregistrement de l'activité neuronale d¿une larve de poisson-zèbre. Le but est de se doter d'un outil permettant d'observer la totalité de la chaîne de transmission de l'information mécano-sensorielle : du récepteur au cerveau. Les poissons sont génétiquement modifiés pour exprimer le rapporteur calcique GCaMP3 dans chacun de leurs neurones. Le microscope à nappe laser, où l'éclairement du spécimen se fait par le côté avec un faisceau laser scanné et l'observation se fait par le dessus selon un axe perpendiculaire au plan d'éclairement, permet d'augmenter à la fois la fréquence de prise d'images et la taille du champ enregistré par rapport aux techniques usuelles (microscope confocal ou 2-photons). Ces gains sont mis à profit pour étudier les corrélations entre les signaux de neurones distribués dans l'ensemble du cerveau de la larve du poisson-zèbre, et mettre directement à jour les sous-réseaux à l'œuvre au cours de l'activité cérébrale.

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Labelle, Martin. "Spectroscopie et imagerie par résonance magnétique du cerveau accident cérébrovasculaire ischémique et maladie d'Alzheimer /." [Montréal] : Université de Montréal, 2002. http://wwwlib.umi.com/cr/umontreal/fullcit?pNQ73477.

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Abstract:

Thèse (Ph. D.)--Université de Montréal, 2002.
"NQ-73477." "Thèse présentée à la faculté des études supérieures en vue de l'obtention du grade de philosophiae doctor (Ph. D.) en sciences biomédicales." Version électronique également disponible sur Internet.

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Poupon, Fabrice. ""Parcellisation" systématique du cerveau en volumes d'intérêt : Le cas des structures profondes." Lyon, INSA, 1999. http://www.theses.fr/1999ISAL0093.

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Abstract:

L'imagerie médicale permet de rendre compte in vivo de l'anatomie et du fonctionnement du cerveau. L'analyse approfondie des mécanismes cérébraux nécessite souvent de corréler l'information fonctionnelle avec l'information anatomique sous-jacente. En particulier, l'étude des structures cérébrales profondes montre qu'elles jouent un rôle important dans certaines maladies (chorée de Huntington, maladie de Parkinson). Leur segmentation à partir d'images IRM présente un énorme intérêt à des fins de diagnostic ou de suivi thérapeutique. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle méthode de segmentation que nous appliquons à ces structures. Cette méthode est fondée sur un modèle topologique de l'ensemble des structures dont les déformations sont contraintes par des distributions de forme. Ces dernières reposent sur des descripteurs de forme globale correspondant aux invariants de moment 3D. Contrairement aux descripteurs les plus fréquemment utilisés, ils peuvent être mis à jour au cours des déformations à un coup relativement faible. Les distributions de forme sont déterminées à partir d'une base d'apprentissage formée de plusieurs images IRM du cerveau étiquetées manuellement par un neuroanatomiste. Les distributions fondées sur les moments sont utilisées dans un processus de segmentation multi-résolution permettant la gestion de plusieurs objets se déformant simultanément. Les premiers résultats obtenus sont encourageants et montrent l'intérêt de s'appuyer sur des connaissances sur la forme des objets dans un tel processus de segmentation
Medical imaging allows in vivo visualization of the brain anatomy and functions. Extensive study of cerebral mechanisms often needs to correlate functional information to the underlying anatomy information. Particularly, the study of the brain deep nuclei shows that they are responsible for various diseases (Huntington chorea, Parkinson's disease). Their segmentation from MR images is of great interest for diagnostic or follow-up study in therapeutic trials. In this thesis, we present a new segmentation method dedicated to these nuclei. This method is based on a topological model of the set of nuclei which deformations are constrained by shape distributions. These distributions rely on global shape descriptors corresponding to the 3D moment invariants. In opposition to most frequently used descriptors, they can be updated during deformation at a relatively low cost. The shape distributions are determined from a learning database composed of several MR images of the brain manually labeled by a neuroanatomist. The moment-based distributions are included in a multi-resolution segmentation framework allowing the management of several simultaneously deforming objects. First results are promising and point out the advantage of adding knowledge on the object shape in such a segmentation process

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DESENCLOS, CHRISTINE. "Les tumeurs du troisieme ventricule : 24 observations." Lille 2, 1993. http://www.theses.fr/1993LIL2M237.

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Leroy, François. "Etude méthodologique et structurale du développement cérébral en IRM : applications aux aires du langage dans une population de nourrissons." Paris 6, 2011. http://www.theses.fr/2011PA066800.

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Abstract:

Les nouveau-nés reconnaissent leur langue maternelle à la naissance et sont meilleurs que leur maman pour percevoir les sons de toutes les langues existantes dans le monde. Comment la structure du cerveau peut-elle favoriser le développement de telles facultés ? Au cours de cette thèse, j’ai étudié l’anatomie des aires corticales du langage afin de mieux comprendre l’émergence du langage au début de la vie. L’anatomie a été décrite dans une population de nourrissons, à partir d’une séquence d’images IRM. En m’aidant de l’expertise des équipes de recherche de Neurospin, j’ai mis en place plusieurs outils méthodologiques: D’une part, nous avons proposé une nouvelle méthode de segmentation du cortex pour faire face au faible contraste des images dans les premiers mois de vie. Cette méthode s’appuie sur plusieurs propriétés des tissus dans l’image, sans faire appel à un atlas. Elle consiste à déformer deux surfaces, initialisées de part et d’autre du cortex, afin qu’elles convergent sur l’interface séparant la matière grise et la substance blanche. Nous obtenons de très bons résultats pour les cerveaux des nouveau-nés (coefficient de Dice = 0,89). D’autre part, nous avons défini un indice de maturation à partir des intensités du signal du cortex. La démarche a été validée en mesurant une forte corrélation de cet indice avec l’âge des nourrissons dans toutes les régions observées (R2=0,88). Selon l’hypothèse la plus vraisemblable, les variations de cet indice sont dues à une baisse du contenu en eau du cortex relative à la prolifération des membranes. Dans les images IRM, nous avons tracé manuellement les sillons du cortex dans les régions du langage. Puis, nous avons mesuré leurs asymétries et les indices de maturation du cortex proche de ces sillons. Nous observons une organisation précoce des aires du langage, proche de celle observée dans le cerveau adulte. Plus précisément : D’une part, nous rapportons une asymétrie de profondeur du sillon temporal supérieur, encore peu connue ; la plus grande profondeur de ce sillon à droite se maintiendrait tout au long du développement, tandis que la faible profondeur à gauche reflèterait l’initiation d’une structure plus compartimentée le long du sillon. Nous confirmons également les asymétries du planum temporale et du gyrus de Heschl, ainsi qu’un déplacement ventral et en arrière des régions temporales postérieures gauches. Ces asymétries seraient associées à une connectivité plus dense dans ces régions à gauche et à des différences interhémisphériques dans le traitement des stimuli auditifs, particulièrement la parole. D’autre part, notre indice de maturation a révélé une avance relative de l’aire de Broca au sein des régions préfrontales, souvent jugées immatures à cet âge. Nous observons aussi la présence d’une décroissance du degré de maturation suivant un axe dorso-ventral dans le lobe temporal, cohérente avec l’organisation hiérarchique des traitements du langage. Enfin, les indices de maturation dans l’aire de Broca et dans la région postérieure du sillon temporal supérieur étaient corrélés avec un autre indice de développement (anisotropie fractionnelle) dans le faisceau arqué. Cette corrélation suggère la formation précoce d’une voie dorsale du langage entre l’aire de Broca et les régions temporo-pariétales. Enfin, nous discutons des origines et des influences génétiques sur cette organisation, en suggérant l’existence de modules innés spécifiques au langage. Les résultats de cette thèse posent de nouvelles questions : si l’asymétrie du sillon temporal supérieur reflète une structure plus segmentée dans l’hémisphère gauche, quels sont les effets de ces compartiments sur les processus du langage? Par ailleurs, quel rôle jouerait la voie dorsale que nous avons observée dans la latéralisation du langage?
Newborns not only recognize their mother tongue at birth but are also capable of distinguishing far better than their mothers the totality of sounds of languages spoken on earth. What is the particular organization of the human brain that permits such linguistic abilities? During my Ph. D. , I studied language areas in the brain’s anatomy to better understand the early acquisition of language in life. Anatomy was described and analyzed by using magnetic resonance images (MRI) on infant brains. With the help of Neurospin research teams, I built the following methodological tools: We first proposed a cortical segmentation framework to deal with the weak image contrast during the first months of life. This method is based on several image properties of tissues and requires no atlas. Two initial segmentations, which are set on each side of the cortex, are deformed so as to converge at the gray-white matter interface. Segmentation results were very good for younger infants, i. E. , neonates (Dice coefficient = 0. 89). Then, we defined a maturation index based on the cortical image intensity. As it was expected, the index strongly increased with age in every region of interest (R2=0. 88). Index variations are most likely due to a decrease of water content related to membrane proliferation. In MR images, we manually drew cortical sulci within language areas. We then measured asymmetry and maturation indices along these sulci. Early organization was found in language areas close to the one reported in adults for both indices. A little-known depth asymmetry was found at the superior temporal sulcus. The deepest part of this sulcus onthe right hemisphere might be a lifelong landmark, whereas the shallower left sulcus would be related to a more segmented pattern. Also, we characterized the early forward and upward shift of the posterior end of the right Sylvian fissure. Moreover we confirmed the asymmetrical sizes of both the planum temporale and the Heschl’s gyrus. These asymmetries might be related to a larger connectivity in the left areas as well as to interhemispheric differences in processing auditory stimuli, specifically speech. As for the maturation index, the index value of the Broca’s area was far from being the lowest among language areas, which is at odds with the common opinion that prefrontal regions are immature at birth. We also reported a decrease of the maturation index along a dorso-ventral axis in the temporal lobe, consistent with the hierarchical organization of linguistic processes. Last of all, maturation indices of both Broca’s area and the posterior part of the superior temporal sulcus were correlated with another developmental index (fractional anisotropy) in the arcuate fasciculus. This correlation suggests the early development of the linguistic dorsal pathway between Broca’s area and temporo-parietal regions. We discuss in the end the genetic origins and mechanisms of this organization, suggesting that some innate modules might be dedicated to process speech. The results presented in this thesis bring further questions: if the asymmetry of the superior temporal sulcus means a more segmented pattern on the left hemisphere, what are the consequences of such segmentation on the linguistic processes? Furthermore, what role does the dorsal pathway play in language lateralization?

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Hiba, Bassem. "Imagerie spectroscopique spirale par résonance magnétique à 7 T : développement et applications sur le cerveau de rat tumoral." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2004. http://www.theses.fr/2004GRE19004.

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Abstract:

Une méthode rapide d'imagerie spectroscopique par résonance magnétique basée sur l'encodage spiral est développée et adaptée aux applications sur le petit animal. Différentes solutions techniques comme l'utilisation de schéma d'encodage spiral croissant-décroissant, l'implantation du réglage automatique de l'homogénéité du champ magnétique, la mesure de la trajectoire spirale dans l'espace K et une reconstruction d'images adaptée ont été étudiées et implémentées. Cette méthode est validée in vitro et in vivo sur le cerveau de rat à 7 T. Une comparaison entre la méthode développée et la méthode conventionnelle d'imagerie spectroscopique est menée afin d'évaluer son intérêt pour les modèles animaux. Cette méthode est ensuite utilisée pour cartographier le lactate et les lipides mobiles dans le cerveau de rat porteur d'un gliome. Une image spectroscopique 2D spatiales / 2D spectrales est obtenue en 64 min avec une résolution nominale de 1 ́1 mm et une épaisseur de coupe de 2 mm
A magnetic resonance fast spectroscopic imaging (SI) method using spiral encoding technique is implemented and adapted for animal models at high B0 field. Different technical solutions like the use of an "out-and-in" spiral encoding scheme, the autoshim implementation, the calibration of K-space trajectory and a specific image reconstruction approach have been studied and applied. This method is validated in vitro, then in vivo on rat brain at 7 T. A comparison between the developed out-and-in spiral spectroscopic imaging method and the conventional spectroscopic imaging method is achieved to evaluate its interest for applications on small animals. The spiral SI method is used to map lactate and lipids in a rat glioma. The duration of spectroscopic imaging (2D spatial - 2D spectral) acquisition was 64 min, for a theoretical in-plane resolution of 1 ́1 mm, and a slice thickness of 2 mm (voxel size 8. 7 æl taking into account the point-spread function)

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VENIN, BERNARD. "Les gliomes de la lame tectale : a propos de 12 observations ; apport des differentes methodes d'imagerie et revue de la litterature." Lyon 1, 1992. http://www.theses.fr/1992LYO1M274.

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Chapuisat-Lemay, Sarah. "Etude méthodologique de l’imagerie optique diffuse couplée à l’électroencéphalographie." Paris 6, 2010. http://www.theses.fr/2010PA066387.

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Abstract:

L'imagerie optique diffuse (IOD) et l'électroencéphalographie (EEG) sont deux modalités d'imagerie fonctionnelle cérébrale complémentaires : elles n'imagent pas le même phénomène physiologique, mais possèdent des résolutions temporelles et spatiales du même ordre de grandeur. La relation entre les activités électrique (mesurée par l'EEG) et hémodynamique (mesurée par l'IOD) étant encore mal connue, il est indispensable de pouvoir effectuer des acquisitions simultanées de signaux EEG et IOD. Sur le volet expérimental, le but de ce travail était d’adapter un casque d’EEG pour y introduire des fibres optiques et, ainsi, effectuer des acquisitions simultanées d'IOD et d'EEG. Une étude consacrée aux activations dans les cortex moteur et prémoteur liées à la préparation du mouvement a permis de valider le système, qui devra cependant être encore amélioré. La partie théorique de ce travail a porté sur l'utilisation de régions reconstruites à partir de données d'IOD comme a priori spatial pour la résolution du problème inverse en EEG (i. E. La localisation des sources) via un modèle bayésien. Des simulations ont permis une évaluation précise de l’apport des données d’IOD et montré en particulier que l'utilisation d'un a priori améliorait l'amplitude des sources reconstruites. Cette étude a également prouvé que, quelle que soit la cohérence spatiale entre les activités de l’IOD et de l’EEG, l’utilisation de l’IOD comme a priori ne dégrade jamais la reconstruction de l’EEG. Bien que des améliorations restent à apporter tant au niveau du modèle théorique qu’au niveau du système d’acquisition, ce travail a montré l’intérêt et la faisabilité des acquisitions simultanées en IOD et EEG.

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Donoso, Maël. "Le cerveau stratège : les fondements du raisonnement dans le cortex préfrontal humain." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066535.

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Abstract:

Pour prendre des décisions adéquates dans des environnements incertains et ouverts, présentant des contingences variables et éventuellement récurrentes, le cerveau humain doit être capable d’apprendre des règles comportementales et d’arbitrer entre ces différentes règles. Si des études d’imagerie cérébrale ont apporté une certaine lumière sur quelques-uns de ces processus, aucun travail n’a unifié ces observations dans un système cohérent, ni proposé un modèle général de l’implémentation cérébrale du raisonnement humain, avec ses composantes essentielles que sont l’inférence et la créativité. Ce travail se fonde sur un modèle computationnel récent, qui combine l’apprentissage par renforcement de règles avec le calcul bayésien de la confiance attribuée à ces dernières, et un test d’hypothèse associé à la création d’une règle exploratoire. Pour tester si ce modèle est effectivement implémenté dans le cerveau humain, une expérience en imagerie fonctionnelle cérébrale est réalisée, avec un design permettant l’apprentissage et l’arbitrage de règles multiples, dans des situations où les contingences sont parfois récurrentes. L’observation des corrélats cérébraux des variables prédites par le modèle a permis d’identifier différentes structures impliquées dans un système cérébral général du raisonnement. Ces observations sont cohérentes avec différents travaux de la littérature scientifique, et apportent également des résultats nouveaux. Ces résultats permettent de dessiner un système unifié de l’implémentation du raisonnement dans le cerveau humain, et concourent à valider la pertinence du modèle computationnel
In order to make appropriate decisions in uncertain and open-ended environments, with varying and possibly recurring contingencies, the human brain should learn behavioural rules and arbitrate between these different rules. If brain imaging studies have provided some light on some of these processes, no work has unified these observations into a coherent system, nor proposed a general model of cerebral implementation of human reasoning, with its essential components that are inference and creativity. This work uses a recent computational model that combines reinforcement learning of rules with the Bayesian calculation of the confidence assigned to these rules, and a hypothesis test on the creation of an exploratory rule. To test whether this model is actually implemented in the human brain, an experiment using functional brain imaging is performed, with a design allowing the subjects to learn and arbitrate between multiple rules, in situations where contingencies are often recurrent. The observation of the brain correlates predicted by the model variables allowed us to identify various structures involved in a general brain system of reasoning. These observations are consistent with various studies in scientific literature, and also provide some new results. These results show a unified implementation of reasoning in the human brain, and contribute to validate the computational model

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Nicolas, Renaud. "Développement de nouvelles séquences d'IRM de diffusion dédiées à la neuro-imagerie." Toulouse 3, 2012. http://www.theses.fr/2012TOU30283.

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Abstract:

Le sujet de cette thèse est dédié au développement d'une technique, l'IRM de diffusion, qui permet d'obtenir des images de propriétés micro-structurelles (inférieures à la taille du pixel obtenu par IRM) des milieux biologique, et à son application à l'étude du cerveau. La capacité de cette technique à révéler des modifications précoces de changement micro-structuraux qui sont associés à des modifications métaboliques énergétiques complexes en a fait une méthode de référence pour détecter précocement certaines pathologies focales telles les Accidents Vasculaires Cérébraux Ischémiques. Le lecteur pourra trouver dans cette thèse une introduction complète aux phénomènes physiques de la diffusion brownienne dans les milieux biologiques, de l'IRM et de la RMN de diffusion ainsi qu'une synthèse originale sur les origine biologiques et biophysiques des modifications de Coefficient de Diffusion Apparent observés dans l'ischémie. Afin d'étendre le domaine de l'IRM de diffusion des phénomènes ischémiques focaux (étudiés expérimentalement sur l'homme et l'animal) aux pathologies non focales, l'étude de la déviation à la diffusion gaussienne de l'eau dans les tissus biologiques a été étudiée du point de vue bibliographique et expérimental. Les méthodologies pratiques permettant de traiter et de préparer les images de diffusion pour l'étude des diffusion non gaussienne ainsi que les corrections d'artefacts nécessaires y sont soigneusement décrites. Ceci a pu donner lieu à une étude des modèles de diffusion non gaussienne en tant que problématique inverse et à des applications dans la détection de la Maladie d'Alzheimer, caractérisée par des lésions peu focales et microscopiques. Enfin, nous avons mis au point trois approches originales de développement technologiques de séquences d'IRM de diffusion ainsi que les traitements d'images associés nécessaires à leur exploitation. Le premier développement inclut les mesures de diffusion non gaussienne avec variation des temps de diffusion appliquée à l'imagerie à 4. 7 et 7 T. Le second a consisté à mettre en place et tester à 3 T des séquences combinées de diffusion et de transfert d'aimantation permettant d'apporter des indications additionnelles sur la nature de l'eau sondée par l'IRM de diffusion. La troisième approche a consisté à développer à 3 T une méthodologie d'IRM fonctionnelle du tenseur de diffusion destinée à expérimenter les postulats biologiques résumés dans la première partie de cette thèse concernant le rôle potentiel de l'eau et de sa biologie dans les phénomènes d'activation cérébrales fonctionnelles. Au fil des validations, les hypothèses sur les micro-structures des milieux biologiques sont testées et affinées par différentes approches in vivo, ex vivo et in silico, afin d'appliquer les avancées physiques récentes en l'IRM de diffusion à la détection médicale des pathologies focales et non focales et interpréter celle-ci
This PhD thesis is dedicated to a technique, diffusion MRI, which allow to obtain images of micro-structural properties (inferior to the MRI voxel size) of biological media, and to the application of this technique to study brain. Because of its ability to reveal early micro-structural changes (associated with complex energetic metabolism changes), diffusion MRI is become a reference method to detect focal diseases like ischemic stroke. The reader can find in this thesis a complete introduction to the physical phenomenon related to brownian motion in biological media and those related to diffusion NMR and MRI, and an original synthesis of the biological and biophysical determinisms of the changes of apparent diffusion coefficients observed in stroke animal models. To extend the field of the technique from stroke focal phenomenon (studied experimentally in man an rodents) to non focal pathologies, the study of the deviation of diffusion from Gaussian behaviour has been studied theoretically and experimentally. Pratical methodologies allowing the preparation of diffusion images for non-gaussian diffusion imaging, and artefacts corrections are described here. This work has lead to a study of non-gaussian diffusion MRI signal treated as an inverse problem and to applications for Alzheimer's disease detection, characterized by non-focal and microscopic lesions. Finally, we have developed three original approaches for technological developments of MRI sequences (with the associated image treatment necessary to use them). The first is the development of non-gaussian diffusion together with variation of diffusion time applied to imaging at 4. 7 and 7 T. The second concern the development of magnetization transfer and diffusion imaging that give additional information about water probed by MRI. The latter approach is the development of fonctionnal diffusion MRI at 3 T in DTI mode dedicated to apply the biological hypothesis resumed in the first part of this thesis, concerning the particular role of water in brain activation. With a progression for the experimental validations, hypothesis concerning micro-structures of biological media are tested and validated with different approaches (in vivo, ex vivo, in silico), to apply the recent discoveries concerning the physic of diffusion MRI in order to detect focal and non-focal pathologies and to interpret them

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Maffeo, Véronique. "Statut et rôle des images médicales du cerveau humain dans l'enseignement secondaire français : approches didactique, épistémologique et socio-historique." Lyon 1, 1999. http://www.theses.fr/1999LYO10321.

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Cette recherche, qui s'inscrit dans une problématique de transposition didactique, concerne l'utilisation des images médicales du cerveau humain en classe de troisième et de terminale, en s'axant sur l'étude de leurs statuts, de leurs rôles dans l'acquisition de connaissances scientifiques et de leur lecture ainsi que des difficultés des élèves et des enseignants a leur égard. Une approche théorique de l'image a permis de définir les signes (iconiques - figuratifs, graphiques et référentiels - et plastiques) qui constituent matériellement ce type de documents ainsi que les éléments indispensables (lecteur, finalité et production) pour que l'image ait un statut d'image signification. A partir de ce cadre théorique, les images présentes dans les manuels scolaires, en tant qu'image document, pouvaient être analysées en relevant les transformations opérées au niveau des signes lors de leur transfert depuis le milieu de production jusqu'au milieu scolaire. L'analyse du contexte dans lequel ces images sont présentées, et qui leur donne du sens, permet de constater les signes qui sont renforces grâce a l'accompagnement d'autres documents. Des approches historique et epistemologique ont complète cette étude en affinant, d'une part, les hypothèses relatives aux raisons de l'apparition de ces documents modernes dans les manuels scolaires et, d'autre part, en constatant l'écart grandissant existant entre le monde medico-scientifique et le monde de l'enseignement secondaire. Enfin, dans l'objectif de l'élaboration d'une situation-probleme dans laquelle l'image médicale serait un des éléments constitutifs du milieu, en tant qu'image document, permettant le dépassement de quelques difficultés liées aux notions de localisations sensorielles et motrices, nous avons étudie des réactions (de compréhension et d'exploitation) d'élèves vis-à-vis de quelques images médicales, aussi bien anatomiques que fonctionnelles et tente d'en dégager les difficultés.

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van, de Looij Yohan. "Imagerie spirale du tenseur de diffusion à 7-T : application au cerveau du rat traumatisé." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://www.theses.fr/2006GRE10288.

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Abstract:

L'objet de cette thèse était de mettre en place une séquence robuste d'imagerie rapide du tenseur de diffusion par RMN sur un imageur petit animal 7-T. Nous avons mis en place une séquence Twice Refocused Spin Echo afin de s'affranchir des problèmes de courants de Foucault. Nous avons préféré une acquisition spirale de l'espace-k à EPI pour son insensibilité aux artefacts de mouvement et de flux très importants en diffusion. Nous avons développé un logiciel sous Matlab pour la reconstruction des images du tenseur de diffusion et la visualisation des cartes d'anisotropie et cartes couleurs. Enfin nous avons utilisé un logiciel développé à l'INRIA de Nice-Sofia Antipolis (MedfNRfA OTf Track) pour visualiser l'affichage des vecteurs propres et effectuer le « fiber tracking » à partir des datas collectées sur notre imageur 7-T sur cerveau de rat. Une fois la technique et les méthodes de reconstructions validées sur différents fantômes et sur cerveau de rat sain, nous l'avons appliqué à un modèle de rat traumatisé étudié au sein du laboratoire et traumatisé selon la méthode impact-accélération. L'objet de l'étude était de caractériser l'œdème cérébral post traumatique de manière précoce grâce à l'imagerie du tenseur de diffusion. Cette technique nous a permis de caractériser le type d'œdème cérébral post-traumatique par des modifications de la diffusivité moyenne. Des modifications d'an isotropie dans le corps calleux du cerveau de rat traumatisé ont montré la présence de lésions axonales diffuses. Enfin, l'imagerie fiber tracking a permis de détecter des lésions axonales au centre du corps calleux du cerveau de rat traumatisé
The purpose of this thesis was to implement a robust fast diffusion tensor imagines sequence on a 7-T small bore system. We implemented a Twice Refocused Spin Echo sequence in order to cancel eddy currents problems on our system. Spiral k-space acquisition was preferred to EPI for its insensitivity to motion and flow artifacts, very important in diffusion imaging. We developed software (in Matlab) to reconstruct spiral diffusion weighted and tensor images as weil as maps of tensor derived parameters: anisotropy indices, and color maps. We used a free software (MedfNRfA OTI Track) developed by P. Fillard from INRIA Nice-Sofia Antipolis in order to track white matter fibers in the rat brain. After preliminary calibrations as weil as validations on different phantoms and healthy rat brain, the implemented sequence was applied to traumatic rat brain injury. Ln this model, developed in our laboratory, the traumatism was induced by impact-acceleration method. The aim of this study was to early characterize post-traumatic cerebral edema by the mean of diffusion tensor imaging. Variations of mean diffusivity in the traumatic rat brain provided information about the type of cerebral edema induced by traumatic brain injury. Modifications of anisotropy indices in corpus callosum of traumatic rat brain provided evidence for presence of diffuse axonal injury. Fiber tracking in the corpus callosum of rat brain showed axonal rupture on the center of traumatic rat corpus callosum

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Macé, Emilie. "Développement d'une nouvelle modalité d'imagerie fonctionnelle cérébrale et étude de l'élasticité du cerveau par ultrasons." Paris 7, 2012. http://www.theses.fr/2012PA077212.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous étudions le potentiel apport en neuroimagerie de l'imagerie ultrasonore ultrarapide, une technique basée sur l'utilisation d'ondes planes pour acquérir des images ultrasonores à haute cadence (= 20 kHz). D'abord nous avons développé une nouvelle modalité d'imagerie fonctionnelle cérébrale appelée ultrasons fonctionnels (fUS) capable d'imager l'ensemble du cerveau à haute résolution spatiotemporelle (100 μm, 200 ms). Pour cela, nous avons combiné imagerie ultrarapide et focalisation synthétique en émission pour augmenter d'un facteur 100 la sensibilité de l'imagerie Doppler et ainsi pouvoir détecter les flux sanguins dans les microvaisseaux cérébraux dont la dynamique reflète l'activité neuronale locale. Nous avons validé le fUS in vivo chez le rat en cartographiant l'activation cérébrale induite par des stimuli sensoriels. Ensuite, nous avons pu visualiser par fUS la dynamique d'une crise d'épilepsie, pathologie jusqu'alors peu accessible à l'imagerie. Enfin, nous avons réalisé une séquence fUS mieux résolue temporellement (30 ms) afin d'observer l'effet de la pulsatilité sur les flux cérébraux. Dans un deuxième temps, nous avons adapté le mode d'élastographie "Supersonic Shear Imaging" basé sur l'imagerie ultrarapide afin de produire des cartes d'élasticité du cerveau. Nous l'avons ensuite appliqué à un modèle de rat d'ischémie cérébrale transitoire. Nous avons observé pour la première fois le ramollissement des tissus cérébraux ischémiques tout en suivant en parallèle l'impact de l'ischémie sur la microvascularisation grâce au nouveau mode Doppler. Ces nouveaux modes sont prometteurs pour la recherche mais aussi en pédiatrie et en neurochirurgie
In this thesis, we investigate the possible contribution of ultrafast ultrasound imaging in neuroimaging. Ultrafast imaging is a technique using plane wave emissions to acquire ultrasonic images at high frame rate (~ 20 kHz). First, we developed a new brain functional imaging modality called functional ultrasound (fUS) that can image the whole brain at high spatiotemporal resolution (100 μm, 200 ms). For that, we combined ultrafast imaging and synthetic focusing in emission to increase the sensitivity of Doppler imaging by a factor 100 and thus to detect blood flow in cerebral microvessels whose dynamics is linked to local neuronal activity. We validated fUS by mapping in vivo the brain activation induced by various sensory stimuli. Then, we were able to follow by fUS the dynamics of an epileptic seizure, a pathology very challenging for imaging up to now. Finally, we designed a fUS sequence with higher temporal resolution (30 ms) to observe the effect of pulsatility on cerebral blood flow. In a second step, we adapted the "Supersonic Shear Imaging" technique based on ultrafast imaging to map brain elasticity. We then applied it to a rat model of transient cerebral ischemia. We observed for the first time the softening of ischemic tissue and, simultaneously, we followed the stroke impact on brain microvascularization with our new Doppler mode. These new modes are promising not only in neuroscience research but also for their clinical applications in pediatry and neurosurgery

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Sabbah, Patrick Maurice. "Imagerie cérébrale par résonance magnétique au service de l'anatomie fonctionnelle : du sensori-moteur à la cognition." Bordeaux 2, 1995. http://www.theses.fr/1995BOR28343.

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Najafi, Peyman. "Mécanismes centraux du prurit chronique : imagerie cérébrale fonctionnelle et structurelle." Thesis, Brest, 2020. http://www.theses.fr/2020BRES0004.

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Abstract:

Malgré les progrès récents enregistrés dans le domaine de la démangeaison, les mécanismes centraux sous-jacents et toutes les possibles perturbations causées par certaines pathologies sont relativement peu connues. Il est possible d’induire une démangeaison par simple visionnage d’une tierce personne en train de se gratter. On appelle cela le prurit contagieux dont le mode d’activation est connu pour mettre en jeu un réseau neuronal similaire à celui observé dans le prurit pathologique ou chimiquement induit. Nous avons recruté 15 volontaires sains, 14 patients psoriasiques et 2 urticaire auxquels nous avons diffusé ces vidéos tout en enregistrant leurs activités cérébrales par IRMf. Nous avons également mesuré la connectivité structurale par tenseur de diffusion pour les deux groupes. Nos résultats démontrent que le réseau cérébral qui prend en charge l’information de démangeaison dans notre cerveau est plus connecté chez les patients psoriasiques que chez les volontaires sains pour des niveaux de démangeaison induits équivalents. Par ailleurs, l’augmentation de la connectivité structurale reflète que les aspects perceptivo-moteur du grattage et de son contrôle induisent des changements à long terme sur la connectivité cérébrale des patients
Despite recent advances in studying itch, central mechanisms underlying its perception and any possible disruption to them caused by pathologies are relatively unknown. Herein we have studied central mechanism of itch perception in two pathologies Psoriasis and Urticaria (to a smaller degree), while comparing them to a healthy control group. For this goal 14 psoriasis patients, 15 healthy control and 2 Urticaria subjects were recruited. Itch was mentally induced in subjects during their MRI session by videos showing others scratching themselves; a phenomenon known as contagious itch. fMRI, DTI and anatomical images were acquired during this study. Our results show that parts of the brain network that is tasked with itch perception is more interconnected in psoriatic patients compared to healthy volunteers for equivalent levels of induced itch. In addition, the increase in structural connectivity reflects that the perceptual-motor aspects of scratching and its hyperactivity can induce long-term changes in patients' brain’s white matter microstructure

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Dilharreguy, Bixente. "Caractérisation de la résolution temporelle en IRMf : influence de l'échantillonnage temporel et comparaison préliminaire avec l'EEG." Bordeaux 2, 2003. http://www.theses.fr/2003BOR21057.

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Abstract:

L'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf) fournit une carte des aires cérébrales impliquées dans un réseau fonctionnel. Des études ont suggéré qu'elle pouvait également appréhender la dynamique temporelle du réseau d'activation. Toutefois, cette information temporelle est limitée par les conditions d'acquisition et la dynamique temporelle intrinsèque de la réponse hémodynamique associée à l'IRMf. Nous avons montré par une approche théorique l'intérêt d'une acquisition IRM la plus rapide possible et utilisé une séquence d'acquisition développée au laboratoire qui obtient une image du cerveau en une demi-seconde. Le lien entre les différences de réponse hémody namique et l'activité neuronale a alors été étudié à travers une comparaison avec l'ElectroEncéphaloGraphie. Les résultats préliminaires montrent que si l'IRMf met en évidence une séquence temporelle, sa signification physiologique reste à préciser
Functional Magnetic Resonance Imaging (fRMI) is an established method for building a map of brain areas involved in a functional network. It has been suggested that fRMI can also provide a means to examine the temporal dynamics of the activation network. However, rxtraction of the timing of the underlying activity is hampered by the data sampling rate and the hemodynamic response function. Simulations showed that the highest sampling rate possible should be used. We implemented an ultra-fast sequence to acquire the brain in half a second. The relation between hemodynamic latencies and neuronal activity was then studied by comparison with EEG. The preliminary results show a sequence of events in fRMI but its relation to neural activity remains to be clarified

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Noblet, Vincent Heitz Fabrice Armspach Jean-Paul. "Recalage non rigide d'images cérébrales 3D avec contrainte de conservation de la topologie." Strasbourg : Université Louis Pasteur, 2006. http://eprints-scd-ulp.u-strasbg.fr:8080/538/01/THESE_NOBLET.PDF.

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Zaaraoui, Wafaa. "Développements méthodologiques en imagerie et en spectrométrie RMN à haut champ magnétique : du cerveau de la souris à celui de l'homme." Bordeaux 2, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR21444.

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Abstract:

Cette thèse a été réalisée afin de proposer certains développements méthodologiques en RMN applicables à l'étude in vivo des cerveaux de l'homme et de la souris. Dans une première étude, l'imagerie par transfert d'aimantation et la spectrométrie localisée par RMN ont été implantées à 9,4 T. Ces techniques ont été employées pour analyser un modèle animal de démyélinisation et de remyélinisation. Les résultats de RMN ont été vérifiés par des examens histologiques. Le taux de transfert d'aimantation (MTR) s'est avéré être un marqueur sensible des variations du contenu de la myéline. Aucun marqueur métabolique traduisant ces phénomènes n'a encore été identifié. La seconde étude consistait à déterminer les temps de relaxation transversale T2 des métabolites du cerveau humain à 3 T. Une méthode à deux points optimisée pour la moindre erreur d'estimation pour un temps fixé d'expérience a été proposée. Cette méthode a été combinée à une séquence de spectrométrie RMN tridimensionnelle afin d'examiner en une heure, 320 voxels d'1 cm3 de résolution spatiale. Les T2 du NAA, de la créatine et de la choline ont été évalués dans différentes structures cérébrales. A notre connaissance, ces valeurs ont été obtenues pour la première fois à 3 T, avec cette couverture spatiale, cette résolution spatiale et cette précision. Ces résultats sont essentiels pour les quantifications absolues des métabolites
This work was designed to implement several NMR methodological developments to study the human and the mouse brain in vivo. In the first study, magnetization transfer imaging and localized MR spectroscopy were set up at 9,4 T. These techniques were used to analyze an animal model of demyelinisation and remyelinisation. The MR results were verified by histological examinations. The magnetization transfer ratio (MTR) was found to be a relevant sensitive marker of myelin content changes. A surrogate metabolic marker of these phenomena was not yet identified. The second study was devised to determine the transverse relaxation time T2 of human brain metabolites at 3 T. An optimized two-point method for the least error per given experimental time was proposed. This method was combined to a three-dimensional MR spectroscopic sequence to examine, within 1 hour, 320 voxels at 1 cm3 spatial resolution. T2 of NAA, cretatine and choline were assessed for different brain structures. To our knowledge, these values were obtained for the first time at 3 T with this spatial resolution, coverage and precision. These results are essential for reliable absolute metabolic quantification

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Noblet, Vincent. "Recalage non rigide d'images cérébrales 3D avec contrainte de conservation de la topologie." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2006. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2006/NOBLET_Vincent_2006.pdf.

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Abstract:

Cette thèse aborde la problématique du recalage non rigide d'images cérébrales tridimensionnelles inter-patients. Le modèle de déformation considéré repose sur une représentation paramétrique multiéchelle dans une base de fonctions B-splines, dont les paramètres sont estimés par minimisation d'une fonctionnelle d'énergie basée sur la différence des intensités (cas monomodal). La contribution principale de ce travail est de garantir à la transformation estimée de préserver l'intégrité des structures déformées dans le cas 3D. Cette propriété, dite de conservation de la topologie, requiert d'imposer la positivité du jacobien de la transformation sur le domaine continu sous-jacent de l'image. Le problème d'optimisation sous contraintes correspondant est résolu grâce à des techniques issues de l'analyse par intervalles. Ce travail aborde par ailleurs différents aspects du recalage, à savoir le choix du critère de similarité et sa symétrisation, la régularisation du champ de déformation et la normalisation des intensités entre deux images. Une méthode originale de normalisation des intensités est proposée, basée sur l'estimation d'un mélange de lois gaussiennes à partir de l'histogramme conjoint. Cette méthode, dans un premier temps conçue pour lever des difficultés rencontrées dans le cadre du recalage d'images monomodales, a permis d'étendre la méthode au cas d'images IRM de pondérations différentes. Enfin, la mise en place d'un cadre de validation a permis d'évaluer l'influence des différents paramètres de la méthode et d'effectuer des comparaisons avec d'autres méthodes de recalage (recalage affine et l'algorithme des démons)
This dissertation deals with non-rigid registration of 3D inter-patient cerebral images. The deformation model considered is based on a hierarchical parametric representation using B-spline basis functions, the parameters being estimated by minimizing a cost function relying on the intensity difference between images (monomodal case). The main contribution of this work is to warrant the estimated transformation to preserve the integrity of warped structures in the 3D case. This property, called topology preservation, is ensured by imposing the positivity of the jacobian of the transformation on the underlying continuous domain of the image. This constrained optimization problem is solved by resorting to interval analysis techniques. Furthermore, other aspects of the registration problem are considered, namely the choice of the similarity criterion and its symmetrization, the regularization of the deformation field and the intensity normalization between images. An original intensity normalization procedure, based on the estimation of a Gaussian mixture model of the joint histogram, is presented. This method, initially proposed to overcome some problems encountered with monomodal image registration, has been extended to the registration of multimodal MRI images. Finally, a validation framework is devised in order to evaluate the influence of the different parameters of the method and to carry out comparisons with other registration methods (affine registration and the demons algorithm)

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Levrier, Olivier. "Aspects en imagerie par resonance magnetique des tumeurs supratentorielles de la ligne mediane chez l'adulte." Aix-Marseille 2, 1990. http://www.theses.fr/1990AIX20834.

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Tropres, Irène. "Imagerie RMN de la microvascularisation cérébrale chez le rat : applications." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1999. http://www.theses.fr/1999GRE19012.

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Rauchs, Géraldine. "Sommeil et consolidation mnésique chez le sujet sain et dans la maladie d'Alzheimer : neuropsychologie cognitive et imagerie cérébrale." Caen, 2004. http://www.theses.fr/2004CAEN1406.

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Abstract:

De nombreuses études indiquent que le sommeil favorise la consolidation mnésique. Toutefois, les relations entre les stades de sommeil et les différents systèmes mnésiques méritent d’être mieux comprises. Cette thèse vise à préciser les liens entre sommeil et mémoire chez le sujet sain, jeune et âgé, et dans la maladie d’Alzheimer (MA). Nous avons tout d’abord mené deux études évaluant, chez le sujet jeune, l’effet d’une privation partielle de sommeil sur la mémoire épisodique et les effets d’amorçage. Ainsi, la consolidation en mémoire épisodique requiert à la fois du sommeil paradoxal et du sommeil lent profond alors que les effets d’amorçage ne semblent pas tributaires du sommeil. Dans un second travail portant sur le vieillissement et la MA, nous avons réalisé une évaluation neuropsychologique, un enregistrement de sommeil et un examen TEP au repos. Chez les patients en début de MA, les troubles du sommeil ne sont pas plus sévères que chez les sujets âgés sains. Les sujets âgés, malgré une dégradation de leur sommeil, ont des performances mnésiques comparables à celles de sujets jeunes, et corrélées, pour les tests de mémoire épisodique, au sommeil lent profond. Chez les patients, une analyse de corrélations a révélé l’existence de troubles de la mémoire épisodique, dans ses composantes antérograde et rétrograde, liés à un dysfonctionnement d’un vaste réseau cérébral impliquant notamment les régions temporales internes et externes, les régions frontales, le précuneus et le cortex cingulaire postérieur. Un lien entre le métabolisme de l’hippocampe et de régions néocorticales et la quantité de sommeil lent profond a également été mis en évidence.

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Brard, Emmanuel. "La tomographie à émission de positrons à géométrie axiale : de l’imagerie de la souris au cerveau humain." Thesis, Strasbourg, 2013. http://www.theses.fr/2013STRAE003/document.

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Abstract:

La tomographie par émission de positrons est une technique d’imagerie nucléaire utilisant des noyaux radioactifs. Elle est utilisée dans le domaine clinique et préclinique. Cette dernière nécessite l’utilisation de petits animaux, comme la souris. Comme en imagerie clinique, l’objectif est d’obtenir le meilleur signal avec la meilleure précision spatiale possible. Cependant, un rapport d’échelle homme-souris suggère une résolution inférieure à 1 mm3. Un imageur conventionnel est constitué de modules de détection entourant le patient, orientés radialement. Cette approche lie efficacité et résolution spatiale. Ce travail concerne l’étude de la géométrie axiale. Les éléments de détection sont ici orientés parallèlement à l’objet. Ceci limite la corrélation entre efficacité de détection et résolution spatiale, et ainsi permet d’obtenir une haute résolution et haute sensibilité. La simulation de prototypes a permis d’envisager une résolution spatiale moyenne inférieure au millimètre et une efficacité de 15 ou 40% selon l’extension axiale. Ces résultats permettent de présager de bonnes perspectives en imageries préclinique et clinique
Positrons emission tomography is a nuclear imaging technics using nuclear decays. It is used both in clinical and preclinical studies. The later requires the use of small animals such as the mouse. The objective is to obtain the best signal with the best spatial resolution. Yet, a weight ratio between humans and mice indicates the need of a sub-millimeter resolution. A conventional scanner is based on detection modules surrounding the object to image and arranged perpendicularly. This implies a strong relationship between efficiency and spatial resolution. This work focuses on the axial geometry in which detection modules are arranged parallel to the object. This limits the relationship between the figures of merit, leading to both high spatial resolution and efficiency. The simulations of prototypes showed great perspectives in term of sub-millimeter resolution with efficiencies of 15 or 40% according to the scanner’s axial extension. These results indicate great perspectives for both clinical and preclinical imaging

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Zerarka, Sabrina. "Etude des mécanismes cellulaires et moléculaires de la rétention du 99mTc-HMPAO dans les cellules du système nerveux central." Paris 5, 2001. http://www.theses.fr/2001PA05P615.

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Abstract:

Le 99mHMPAO (hexamethyl propylene amine oxime) est l'un des marqueurs de débit sanguin les plus couramment utilisés en imagerie cérébrale SPECT (Single photon emission computed tomography). De par sa nature lipophile, ce composé traverse la barrière hématoencéphalique et s'accumule dans le parenchyme cérébral de façon proportionnelle au débit sanguin. Certaines études in vivo ont cependant mis en évidence le fait que cette relation de 99mHMPAO et débit sanguin n'était pas toujours linéaire, ce qui suggère la participation de facteurs autres que le débit. De plus, les mécanismes cellulaires et moléculaires de la rétention de 99mHMPAO sont demeurés jusqu'à présent peu connus. Afin de mieux comprendre ces différents aspects, nous avons entrepris d'étudier les mécanismes de la rétention de 99mHMPAO à partir de modèles en culture de cellules du système nerveux central [. . . ]
The 99mHMPAO has been developed as a tracer for measurement of regional cerebral blood flow (rCBF) using single photon emission computed tomography (SPECT). This lipophilic compound has the ability to cross the blood-brain barrier and accumulates in the brain parenchyma proportionally to blood flow. However, linearity between retention of 99mHMPAO and cerebral blood flow was not always observed, suggesting that in addition to blood flow, other factors could determine the levels of 99mHMPAO accumulation within a specific region of the brain. Furhermore, the cellular and molecular mechanism of 99mHMPAO retention is still unknown. In order to elucidate this mechanism, we have performed in vitro studies with purified preparations of neurons and astrocytes [. . . ]

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Bourgeois, Marc. "Correction des mouvements intra-image en imagerie d'activation cérébrale par résonance magnétique." Lyon 1, 1999. http://www.theses.fr/1999LYO10143.

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Abstract:

L'exploration par resonance magnetique nucleaire de l'activite du cortex cerebral humain a connu des developpements importants depuis le debut des annees 1990. Elle s'appuie sur la detection de faibles variations du signal rmn (1-2%) liees aux activations corticales. L'identification des reponses fonctionnelles, est donc tres sensibles aux mouvements du sujet. L'analyse indique que des mouvements, memes de tres faibles amplitudes (0,5 degre pour les rotations et 0,2 pixel pour les translations), conduisent a des distorsions des cartes d'activation. L'objectif de cette these est de restaurer les donnees affectees par des mouvements solides intra-image du sujet. Un algorithme de correction des effets de mouvement a ete developpe pour traiter les signaux mesures selon un echantillonnage cartesien dans l'espace de fourier. Les mouvements (rotations et translations) aleatoires conduisent a un echantillonnage pseudo aleatoire du signal et modifient la phase de celui-ci. Ceci se traduit par des artefacts superieurs a 2% lorsqu'on applique directement la transformation de fourier rapide pour reconstruire l'image. La methode decrite pour estimer les parametres de mouvement assure une precision d'estimation de 0,05 degre et 0,05 pixel. L'etude indique que les images ne peuvent pas etre reconstruites par des methodes d'interpolation classiques. Deux methodes de reconstruction ont ete testees : l'algorithme du gridding et un estimateur bayesien. Les resultats obtenus ont permis de retenir l'estimation bayesienne qui reduit les artefacts a un niveau proche de celui du bruit de l'acquisition. La methode proposee permet la correction absolue des translations et la correction relative des rotations intra-image. Son application a des examens d'activation cerebrale accroit nettement la precision des cartes d'activation fonctionnelle.

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Dissertations / Theses on the topic 'Imagerie de la microstructure du cerveau'

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