Academic literature on the topic 'Imagerie par résonance magnétique de diffusion – Dissertation universitaire'

La dysplasie cérébelleuse est une anomalie du développement tissulaire intéressant principalement le cervelet et résultant en une anomalie focale ou diffuse de son architecture macroscopique et microscopique. Plusieurs travaux antérieurs ont bien documenté sa caractérisation morphologique à l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cependant, le retentissement de cette malformation, parfois associée à d'autres anomalies développementales du système nerveux central (SNC), sur le développement et le fonctionnement cognitifs est mal connu et peu documenté. Dans le but d'étudier les corrélations anatomo-fonctionnelles de cette pathologie constitutionnelle du cervelet, par le biais de l'approche des altérations neuropsychologiques, génétiques et, fonctionnelles associées, ainsi que par l'approche neuroanatomique, nous avons dirigé nos travaux dans quatre axes principaux et sur trois types de population distinctes. Le premier axe a concerné l'évaluation du profil neuropsychologique et du suivi chez dix enfants porteurs d'une dysplasie cérébelleuse isolée (DCI). Nous avons pu observer chez ces enfants une grande diversité de l'expression neuropsychologique de la DCI, depuis l'efficience normale jusqu'au retard mental sévère, sans corrélation avec le degré de dysplasie. D'autre part, au cours du suivi de ces enfants, nous avons observé une hétérogénéité d'évolution à caractère imprédictible, avec l'émergence des certaines fonctions dans l'axe du langage notamment. Le deuxième axe a porté sur l'investigation fonctionnelle du SNC par l'étude de la consommation cérébrale du fluorodeoxyglucose par Tomographie à émission de positons (TEP-FDG) chez six enfants porteurs d'une DCI. Les résultats ont montré, au sein du cervelet, un aspect normal dans les dysplasies mineures (limitées au vermis), un hypométabolisme des zones dysplasiques (corrélé à l'extension anatomique), et un isométabolisme au cortex dans les hétérotopies. Toutefois, ces anomalies de captation du glucose n'étaient pas corrélées au dysfonctionnement cognitif. Le troisième axe était d'approcher les corrélations génétiques, dans l'hypothèse d'un lien physiopathologique embryologique entre le cerveau et le cervelet, dans les dysplasies cérébelleuses associées (DCA) aux Lissencéphalies (cerveaux lisses). La caractérisation génétique relativement bien définie des Lissencéphalies nous a permis d'identifier des gènes de la migration neuronale et axonale (RELN et VLDRL) comme étant significativement associés aux dysplasies cérébelleuses, en dehors des dystrophies musculaires congénitales impliquant les gènes de la O-glycosylation. Le quatrième axe a été de rechercher chez des volontaires sains les marqueurs neuroanatomiques potentiels des altérations cognitives dans les dysplasies cérébelleuses, partant de l'hypothèse selon laquelle, une malformation isolée du cervelet induirait des anomalies anatomiques détectables en imagerie par tenseur de diffusion (DTI), sur les voies de projections cérébello-corticales, vraisemblablement impliquées dans la contribution du cervelet au développement et à l'exécution des fonctions supérieures. Ce travail nous a permis d'individualiser et de quantifier les projections cérébello-corticales préfrontales et pariétales chez tous les sujets sains. Ainsi, nos travaux nous ont permis: (i) de mieux établir les anomalies neuropsychologiques propres aux DCI et leur caractère hétérogène, tant au diagnostic qu'à l'évolution, (ii) de corréler la dysplasie cérébelleuse à des anomalies de la consommation cérébrale du glucose et par conséquent de son fonctionnement, (iii) de suggérer d'axer chez ces patients la recherche d'anomalies génétiques sous-jacentes vers les gènes impliqués dans la migration neuronale et axonale, et enfin, (iv) d'obtenir des marqueurs neuroanatomiques que nous pourrons appliquer aux patients pour étudier la possibilité de l'altération des vois de projections cérébello-corticales. De nombreuses perspectives d'imagerie avancée anatomique et fonctionnelle du SNC appliquées aux dysplasies cérébelleuses ont été ainsi ouvertes.

L’imagerie par résonance magnétique de diffusion est une technique qui permet d’obtenir des informations sur la microarchitecture des tissus biologiques. La connaissance de l’organisation des fibres myocardiques peut permettre d’améliorer la compréhension de l’électrophysiologie cardiaque du patient et, par conséquent, du traitement des arythmies complexes telles que les tachycardies ventriculaires. Néanmoins, des améliorations restent nécessaires pour appliquer cette technique dans les organes en mouvements, notamment en raison des artéfacts créés par les déplacements. Les mouvements macroscopiques, de l’ordre du millimètre, sont principalement liés à la respiration ou au battement cardiaque tandis que la quantification de la diffusion repose sur la caractérisation des mouvements microscopiques. Des séquences compensées en mouvement utilisent des gradients d’encodage de diffusion spécifiques (compensation en vitesse ou en accélération). Cependant ces séquences sont très sensibles à la phase d’acquisition dans le cycle cardiaque et ne permettent l’acquisition que d’un nombre limité de coupes en raison du long temps d’acquisition nécessaire au recueil des données. Dans ce contexte, la première partie du travail de recherche a consisté à adapter la synchronisation avec le mouvement cardiaque du patient en utilisant une séquence sensibilisée à la vitesse de ce mouvement en temps-réel (RTPC). Ainsi, la séquence RTPC apporte une connaissance sur la variabilité des phases cardiaques. En reliant la variabilité de la mesure de diffusion au mouvement cardiaque mesuré par la séquence RTPC, nous avons montré la possibilité d’utiliser cette séquence pour optimiser l’acquisition de diffusion. Le traitement de la séquence RTPC a été adaptée en vue d’afficher la reconstruction en temps réel sur la console IRM et ainsi de faciliter son emploi. L’autre problématique de ce travail de recherche concerne l’obtention d’une information sur l’agencement tri-dimensionnel des fibres myocardiques, et ce, avec une couverture de l’entièreté du ventricule gauche. En effet, cette couverture intégrale est nécessaire à la simulation de la propagation de l’influx électrique cardiaque. Une technique de super-résolution a été utilisée comme solution à l’augmentation de la résolution spatiale dans le sens de la coupe, sans coût majeur au niveau du rapport signal sur bruit, diminuant ainsi le temps d’acquisition. Des simulations et des acquisitions sur fantôme ont permis de montrer que l’augmentation de la résolution permet d’améliorer l’estimation de l’orientation de la direction principale de diffusion. Cela est particulièrement utile lorsque cette orientation change significativement dans le sens de la coupe, en relation avec la géométrie globale du cœur. Une étude sur volontaires sains a ensuite été réalisée dans le but de montrer l’applicabilité in-vivo de la technique de super-résolution
Diffusion magnetic resonance imaging (MRI) is a non-invasive imaging modality that allows the assessment of microarchitecture in biological tissues. Knowing the arrangement of myocardial fiber is important to fully understand cardiac electrophysiology in patients, and therefore to improve the treatment of complex arrythmia such as ventricular tachycardia. Nevertheless, efforts have to be made to apply diffusion MRI to moving organs because of the various artefacts created by displacements. Macroscopic motion, including cardiac contraction and breathing is in the range of a few millimeters, whereas diffusion motion is at the micrometer scale. To deal with cardiac motion, a cardiac-triggered diffusion-weighted spin-echo echo planar imaging sequence can be used with first and second order motion-compensated diffusion-encoding gradients. However, these sequences are very sensitive to the phase of the cardiac cycle chosen to perform the acquisition. Moreover, the ventricle coverage is often limited to a few slices due to the long scan time required to have sufficient SNR. Considering these limitations, the thesis has been separated in two parts with the following objectives: to implement a subject-specific cardiac synchronization and to set up an efficient protocol that performs a full coverage of the left-ventricle with isotropic resolution. The subject-specific cardiac synchronisation has been implemented using a real-time phase contrast (RTPC) sequence which is sensitive to motion. RTPC sequence provides knowledge on the variability in duration of cardiac phases. By modelling the cardiac variability, it was possible to study the quality of the diffusion measurement as a function of the cardiac phase. In regards of the results, the sequence can be valuable to optimize and/or adapt the trigger delay to target the diastasis. This phase is the quiescent phase of the cardiac cycle but also the most variable as a function of heart-rate. The online reconstruction of RTPC sequence has been successfully implemented to facilitate the deployment of the sequence to adapt the trigger delay for future clinical research, possibly with other applications. The focus of the second part of the work was to retrieve tri-dimensional information about myocardial fiber organisation with a full coverage of left ventricle. This full coverage is mandatory to simulate cardiac electrophysiology. A bulk motion-corrected super-resolution approach to cDTI has been proposed to improve spatial resolution without significant cost on SNR. Therefore, the total scan time can be reduced by this method. Evaluation in a numerical heart phantom and in a physical helicoidal phantom, have shown the improvement of spatial resolution and diffusion tensor estimation in a general case (except when the underlying geometry is highly favorable to low resolution images). This is of particular interest when there are significant changes in orientation of principal diffusion direction along the slice direction, according to the global geometry of the heart. The feasibility of super-resolution in-vivo cDTI on healthy volunteers has shown the applicability of the approach

L'étude de la substance blanche superficielle (SBS) a souvent été laissée de côté car elle est difficile à accéder et très variable. Des méthodes d'acquisition de meilleure qualité et le développement de nouveaux outils d'analyse ont facilité son étude à partir de l'IRM de diffusion et la tractographie. La connectivité du cortex et son plissement sont fortement liés, en particulier pour les fibres en U qui contournent les sillons. Comme la morphologie des motifs du plissement est spécifique à chaque être humain, la configuration des fibres sous-jacentes devrait l'être aussi. Un pipeline pour démêler les différentes configurations des connexions de la SBS et pour caractériser leur relation avec d'autres structures a été conçu. Une méthode pour définir les faisceaux courts à partir de tractographies a d’abord été élaborée selon une approche hybride, en extrayant les fibres reliant deux régions d'intérêt puis en les regroupant en faisceaux reproductibles d'un sujet à l'autre. Une transformation affine fondée sur l’IRM T1 et une base de données de tractographie déterministe ont été utilisées. Cela a permis de générer un atlas des faisceaux du cerveau entier, utilisé pour segmenter les faisceaux de nouveaux sujets, afin de réaliser des études cliniques sur des connexions spécifiques. Cet atlas a été comparé à deux autres atlas publics afin d'évaluer la reproductibilité des faisceaux. Un grand nombre de faisceaux ont été trouvé similaires entre les trois atlas. La définition des faisceaux de la SBS n’étant pas encore consensuelle, une sur-segmentation peut être néanmoins observée d’un atlas à l’autre. Cependant, une plus grande granularité que celle de ces atlas est souhaitable pour étudier la variabilité de leurs configurations entre les individus. Le niveau de démêlage escompté a été obtenu en utilisant une ISOMAP, un algorithme de réduction de dimension, pour stratifier la population en fonction de la géométrie des fibres locales avant la définition des faisceaux. Pour chaque région étudiée, les fibres contournant un sulcus spécifique ont été ciblées et des ROI ont été sélectionnées en conséquence. Ces régions correspondent aux sillons central, temporal supérieur, cingulaire et au gyrus précentral. La méthode a été appliquée sur les données de tractographie probabiliste de 816/897 sujets de la base HCP. Pour chaque région, les fibres ont été extraites puis utilisées dans le calcul de l’ISOMAP, qui à son tour a été utilisé pour diviser la population en dix groupes. Dans chaque groupe, la méthode d'identification des faisceaux courts a été appliquée, afin d'obtenir des faisceaux reproductibles. Ceux-ci ont ensuite été automatiquement mis en correspondance avec ceux des autres groupes, sur la base d'une distance entre centroïdes. Un principe d'hystérésis a été utilisé pour récupérer certains faisceaux précédemment rejetés. Afin d'identifier les faisceaux à l'origine des différences reflétées par les dimensions de l'ISOMAP, une distance «faisceau à tractogramme» pour chaque paire de sujets a été corrélée à leur position dans l’ISOMAP. Une corrélation élevée a été observée entre les premières dimensions de l’ISOMAP fondée sur les fibres et de celle fondée sur la morphologie des sillons. Les faisceaux contribuant à cette dimension de l’ISOMAP montrent des transitions morphologiques cohérentes, et sont situés dans des zones où le sillon présente également des transitions de forme. De plus, les changements des faisceaux sont également spatialement corrélés aux changements des activations fonctionnelles. Ces résultats prouvent le lien entre le câblage cérébral et le plissement cortical. De plus, ils montrent qu'une délimitation plus fine des faisceaux permet de voir des différences qui, la plupart du temps, sont brouillées en raison du mélange des configurations
The study of superficial white matter (SWM) has often been left aside, mainly because of its high variability. Higher quality acquisition methods and the development of new analysis tools have facilitated the study of SWM from diffusion MRI and tractography. Brain connectivity and cortical folding pattern must be strongly related, especially for short U-fibers, which circumvent the folds. As the folding patterns morphology is specific to each human being, so should be the underlying fibers configuration. In this work we created a pipeline to disentangle the short white matter connections into their different configurations and to characterize their relation with other structures.First a method to delineate short bundles from a tractography set was built using a hybrid approach, by extracting fibers connecting two cortical regions of interest (ROIs) (incorporating anatomical information) and then clustering them into bundles (considering their shape), reproducible across subjects. Subjects were aligned by a T1-based affine transformation and a deterministic tractography database (79 subjects) was used. This generated a whole brain streamline bundle atlas, which allows distance-based segmentation of the bundles in new subjects, in order to perform clinical studies over specific connections. The bundles obtained were compared against other two publicly available atlases (using alternative non-linear alignment across subjects), to evaluate their reproducibility given different methods and databases. A non-negligible number of bundles were found similar among the three atlases. As SWM bundle definition is still a subjective matter, over-segmentation can nevertheless occur. However, even greater granularity is required when aiming to classify the different bundle configurations. This level of disentanglement was achieved by an ISOMAP dimensionality reduction algorithm. It aimed to stratify the population based on their fibers using geometrical changes across subjects. For each region under study, the fibers surrounding a specific sulcus were targeted and therefore the ROIs were selected accordingly. These regions are: central sulcus, superior temporal sulcus, cingulate sulcus and precentral gyrus. The method was applied over 816/897 subjects of the S900 release of the HCP database and a preprocessed probabilistic tractography database. For each region the fibers were extracted, sampled and then used in the ISOMAP computation, which in turn was employed to split the population in ten groups. In each group a refined version of a short bundle identification method was applied, in order to obtain reproducible bundles. These were then automatically matched with their corresponding ones in the other groups, based on a centroid fiber distance. A Hysteresis principle was used to recover missing bundles (previously discarded) in each group. In order to identify the bundles driving the differences reflected on each ISOMAP dimension, the correlation of the fibers geometry with the subjects ISOMAP values was performed, by using a “bundle to tractogram” distance for each pair of subjects. The fiber-based ISOMAP values were also compared to a sulcus-based ones, obtaining a high correlation for the first dimension. The bundles showing correlation with the ISOMAP values show coherent morphological transitions along the groups, and are located in areas where the sulcus also exhibits differences in shape. Moreover, the bundles are also spatially correlated to changes in functional activations. These results prove the link between the brain wiring and the cortical folding pattern. Moreover, they evidence that a finer delineation of the bundles allow the detection of differences that most of the time are blurred out due to the mixing of configurations

L'IRMd est un moyen non invasif permettant d'étudier in vivo la structure des fibres nerveuses du cerveau. Dans cette thèse, nous modélisons des données IRMd à l'aide de tenseurs d'ordre 4 (T4). Les problèmes de comparaison de groupes ou d'individu avec un groupe normal sont abordés, et résolus à l'aide d'analyses statistiques sur les T4s. Les approches utilisent des réductions non linéaires de dimension, et bénéficient des métriques non euclidiennes pour les T4s. Les statistiques sont calculées dans l'espace réduit, et permettent de quantifier la dissimilarité entre le groupe (ou l'individu) d'intérêt et le groupe de référence. Les approches proposées sont appliquées à la neuromyélite optique et aux patients atteints de locked in syndrome. Les conclusions tirées sont cohérentes avec les connaissances médicales actuelles
DW-MRI is a non-invasive way to study in vivo the structure of nerve fibers in the brain. In this thesis, fourth order tensors (T4) were used to model DW-MRI data. In addition, the problems of group comparison or individual against a normal group were discussed and solved using statistical analysis on T4s. The approaches use nonlinear dimensional reductions, assisted by non-Euclidean metrics for T4s. The statistics are calculated in the reduced space and allow us to quantify the dissimilarity between the group (or the individual) of interest and the reference group. The proposed approaches are applied to neuromyelitis optica and patients with locked in syndrome. The derived conclusions are consistent with the current medical knowledge

L’IRM à 1,5T ou 3T de la prostate est l’imagerie la plus performante pour la détection du cancer de prostate. Nous avons travaillé à des modèles expérimentaux ex vivo d’IRM haute résolution à 7T permettant d’améliorer la résolution spatiale et la détection tumorale.La première partie de ce travail a porté sur la mise au point de protocoles d’analyse IRM de tissus prostatiques ex vivo à 7T. Des coupes de tissus de pièces opératoires et cadavériques avec et sans cancer ont été étudiées. Les données obtenues ont permis de définir des paramètres de séquence en turbo spin-echo pour obtenir des images avec résolution spatiale de 60 X 60 X 90 μm3. Cette résolution permettait d’identifier à l’imagerie IRM 7T des caractéristiques tissulaires comparables à celles obtenues par analyse histo-pathologique (X2).La seconde partie de ce travail a porté sur l’étude par IRM 7T de glandes prostatiques entières chez 18 patients opérés pour cancer de prostate. En utilisant les protocoles d’acquisition mis au point dans la première étude, l’imagerie a comporté des séquences T2, à la plus haute résolution de 130 X130 X195 μm3 et de diffusion avec cartographie ADC. Les résultats étaient interprétés par deux relecteurs en aveugle pour évaluer la qualité et la détection tumorale. La haute résolution spatiale des images, comparée à celle obtenue par analyse histo-pathologique, était jugée comme bonne avec une concordance inter-relecteur élevée. Une étude de corrélationanatomo-imagerie pour la détection du cancer avec analyse par secteur a montré une sensibilité de 70%, une spécificité de 80%, une valeur prédictive positive de 79% et une valeur prédictive négative de 72%.Ces résultats ont permis de mesurer la résolution de l’imagerie IRM à 7T ex vivo et son intérêt pour la détection du cancer. Une sémiologie IRM 7T du tissu prostatique doit être décrite. Ces résultats serviront de base à la translation future de l’imagerie actuelle vers l’IRM 7T in vivo chez l’homme
Prostate MRI at 1.5T or 3T is the best imaging modality for tumor detection. Weinvestigated high resolution MRI at 7T on prostate specimen tissue to improve spatialresolution and prostate cancer detection.First part of experiments consisted of setting up new imaging protocol with 7T MRI onex vivo prostatic tissue. Imaging was carried out on all or part of specimen from radicalprostatectomy of patients or prostate harvested from deceased organ donors.Collected data resulted in new protocol parameters for fast spin echo needed to yielda spatial resolution of 60 X 60 X 90 μm3. High spatial resolution imaging was used toidentify relevant morphological structures for characterization of the prostate gland andtumor as compared to histology.Second part of work was done with whole gland imaging at 7T of radical prostatectomyspecimens of patients. Imaging protocol was based on the outcomes from the first partof experiments and consisted in T2W with high resolution of 130 X130 X195 μm3,diffusion and ADC map. Two independent and blinded reviewers were in charge ofimaging quality assessment and tumor detection. Overall quality was great with goodagreement between the two reviewers. Correlation study for prostate cancer detectionwith the corresponding H&E was of 70%, 80%, 79% and 72% for sensitivity, specificity,positive predictive value and negative predictive value, respectively.We measured the resolution of 7T MRI of ex vivo prostatic tissue, and it’s benefits intumor detection. New semiology should be designed at 7T to improve theunderstanding of prostatic tissue in further experiments. In future, these findings canbe extrapolated to carry out in 7T MRI of in vivo prostate gland

Des troubles de la familiarité ont été décrits dans de nombreuses pathologies psychiatriques et neurologiques et seraient à l'origine d'anomalies de la cognition sociale. Dans la schizophrénie, ces troubles peuvent se développer selon deux polarités : l'hyper- et l'hypofamiliarité. Dans l'hyperfamiliarité, les sujets atteints pensent que des proches prennent l'apparence d'inconnus pour les persécuter ; le syndrome le plus décrit est le syndrome de Frégoli. A l'opposé, dans l'hypofamiliarité, les sujets reconnaissent leurs proches d'après les traits de leurs visages, mais pensent que ce sont des imposteurs qui ont pris l'apparence de leurs proches. Le syndrome de Capgras est le plus décrit dans l'hypofamiliarité et le plus étudié des troubles de la familiarité. Dans la schizophrénie, ces troubles concernent principalement les proches, mais également le sujet lui-même qui peut voir chez des inconnus des doubles de lui-même, par exemple. Bien que fréquents et largement décrits dans la schizophrénie, ces troubles restent très peu étudiés. Ainsi, les mécanismes sous-tendant les troubles de la familiarité dans la schizophrénie sont encore bien mal connus.L'objectif de ce travail de thèse a été de mieux comprendre les mécanismes sous-jacents aux troubles de la familiarité dans la schizophrénie au moyen d'études comportementales, utilisant la conductance cutanée et d'une étude en imagerie fonctionnelle par résonance magnétique (IRMf).Dans un premier temps, nous avons cherché à développer une échelle clinique permettant le diagnostic des troubles de la familiarité. En effet, à notre connaissance, aucun outil n'est actuellement validé. Il est alors difficile de caractériser ces troubles et les données épidémiologiques sont manquantes. Cette échelle a été construite d'après la proposition d'items par des experts des troubles de la familiarité, puis par la sélection des items les plus pertinents par d'autres experts. Elle est actuellement en cours de validation. Elle explore 4 dimensions de la familiarité : le soi, les proches, les lieux et les objets et cote ces dimensions respectivement pour l'hypo- et l'hyperfamiliarité.Dans un second temps, nous avons cherché à tester l'hypothèse selon laquelle les troubles de la familiarité, dans la schizophrénie, résulteraient d'une anomalie de la réponse émotionnelle lors de la reconnaissance normale d'un visage connu. Pour cela, nous avons enregistré, dans 2 études, la réponse électrodermale (RED) engendrée par la présentation de visages de soi, familiers, célèbres et inconnus. En effet, la RED est utilisée comme le reflet de l'émotion inconsciente générée par la présentation d'un stimulus (ici un visage). Les principaux résultats de nos 2 études ont montrés que : alors que chez les sujets sains, l'amplitude de la RED était faible pour la condition " inconnu ", elle augmentait pour la condition " célèbre " et était encore plus élevée pour les conditions " soi " et " familier ", chez les patients schizophrènes, l'amplitude de la RED était faible dans toutes les conditions. Plus spécifiquement, les patients schizophrènes ayant des troubles de la familiarité avaient une RED avec une amplitude similaire dans les différentes conditions : soi, familier, célèbre et inconnu. Ces résultats suggèrent qu'une atteinte émotionnelle puisse être responsable des troubles de la familiarité dans la schizophrénie et que cette atteinte soit du même ordre pour la familiarité que pour le soi.Enfin, dans une étude en IRMf, nous avons pu mettre en évidence une anomalie de fonctionnement des circuits neuronaux du soi et des circuits de la familiarité dans la schizophrénie. Ces résultats suggèrent une demande cognitive plus importante chez les patients (implication de régions du traitement cognitif) pour résoudre l'ambigüité créée par la présentation de visages hautement familiers, nous posons l'hypothèse que le soi et le familier sont difficiles à distinguer chez les patients. [...]

Les troubles émotionnels sont considérés comme fréquents dans la sclérose en plaque (SEP) et ont été généralement étudiés par la reconnaissance des émotions faciales. En revanche, l’expérience émotionnelle a été très peu analysée dans la SEP, et ses corrélats neuro-anatomiques jamais explorés. De plus, l’intrication des difficultés émotionnelles avec d’autres variables cliniques reste mal comprise, notamment l’alexithymie, qui est fréquente dans cette pathologie et qui est susceptible de modifier le traitement émotionnel.Le but de cette étude est de préciser les difficultés émotionnelles dans la SEP, dans ses composantes de reconnaissance et d’expérience émotionnelle positive et négative. II s’agit également d’explorer les corrélats neuro-fonctionnels de l’expérience émotionnelle dans la SEP en général, et chez des patientes atteintes de SEP alexithymique versus non alexithymique en particulier. Une première étude nous a permis de confirmer l’atteinte de la capacité à reconnaitre les émotions faciales dans un groupe de patientes SEP et ceci de façon plus marquée pour les émotions négatives. Cette étude a aussi mis en avant une expérience émotionnelle très variable chez nos patientes avec une intensification du vécu subjectif plaisant et déplaisant. A travers une deuxième étude en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), nous avons montré que cette variabilité de l’expérience émotionnelle était sous-tendue par une grande hétérogénéité des réponses hémodynamiques de nos patientes au niveau de structures cérébrales connues pour leur implication dans la construction du ressenti subjectif plaisant et déplaisant. Des analyses complémentaires en imagerie de diffusion soutiennent l’idée que ces anomalies fonctionnelles soient liées à une atteinte structurelle notamment au niveau des boucles limbiques et des structures fronto-insulaires qui forment le réseau de saillance. Une troisième étude a mis en avant un effet spécifique de l’alexithymie dans les activations cérébrales fonctionnelles des émotions positives, notamment de l’insula, tandis que les émotions négatives semblent être influencées par la maladie et l’alexithymie comorbide. Les analyses en imagerie de diffusion s’avèrent, pour leur part, indépendantes du statut alexithymique. Ainsi les troubles émotionnels dans la SEP concernent tant la capacité à reconnaitre les émotions chez l’autre qu’une modification de leur propre expérience émotionnelle positive et négative. L’alexithymie, dont la comorbidité est fréquente dans la SEP, accentue la présence de tels troubles au même titre que le phénomène lésionnel inhérent à la SEP. Considérant l’implication que de tels troubles peuvent avoir pour les patients et leur entourage familial, social et professionnel, il semble important de prendre en compte ces aspects pour une meilleure prise en charge de cette pathologie
Emotional disorders in multiple sclerosis (MS) are frequently described as difficulties in recognizing facial expression. Yet, emotional experience is insufficiently studied in MS, and its neurobiological correlates stays never explored. Moreover, interaction between emotional disorder and other variable remains little documented, especially for alexithymia, a very frequent trouble in MS which could also cause emotional disturbances. The scope of this work is to explore positive and negative emotions in MS, with a focus on the recognition and experience dimensions. Concerning the emotional experience, brain functional activation correlates are also explored in MS overall, and in alexithymics versus non alexithymics MS subjects especially. A first study confirmed the difficulty for MS patient in recognizing facial emotions, and those difficulties were more marked for negative emotions. This study also highlights a more scattered emotional experience in MS, with a global exacerbation of their pleasant as well as unpleasant emotional feeling. A second study with fMRI shows that this scattered emotional experience was sustained by more brain functional variability during the emotional task. It takes place in brain structures known for their implication for the subjective feeling construction. Further diffusion imaging analyses support the view of a brain dysconnexion in those functional anomalies centred on limbic loop and fronto-insula network, also called salience network. A third study highlights a specific contribution of alexithymia in brain activity for hedonics experience, centred on insula deactivations whereas anhedonics experience seems to be influenced by the diseases and comorbid alexithymia. Brain diffusion analyses were independent of the alexithymia status. Thus, MS patients show difficulties in identifying emotion and have modifications of their own pleasant and unpleasant emotional experience. The frequent comorbid alexithymia in MS exacerbates those troubles in the same way as the lesion phenomenon of MS. Considering the implications that emotional disorders may have for MS patients as well as their familial, social and professional entourage, it seems essential to take these aspects into account for a better management of MS

Un nombre non négligeable de patients ayant subi un accident vasculaire cérébral (AVC) vont développer une démence parfois associée à un handicap fonctionnel résiduel. Mon travail a pour but de mettre en place un suivi à long terme de l'ischémie cérébrale chez le rat afin de suivre et d'identifier de manière concomitante l'évolution des lésions cérébrales, les déficits fonctionnels afin d'explorer les mécanismes sous-jacents au développement de la démence post-ischémique. Des rats mâles de souche Wistar ont subi une ischémie cérébrale transitoire. Ces rats sont suivis par IRM à 24 heures, 7 jours, puis 1, 2, 4 et 6 mois de post-ischémie. En parallèle de ces examens, les animaux subissent une batterie de tests comportementaux, comprenant à la fois une étude des fonctions motrices et mnésiques. Après le sacrifice, les cerveaux sont récupérés à des fins histologiques et moléculaires. Des déficits moteurs et mnésiques sont décelés durant notre étude au sein du groupe I/R. L'étude in vivo par IRM a démontré une différenciation de la lésion et du tissu associé, dès 7 jours de reperfusion ainsi que l'apparition de différentes zones d'atrophie apparaissant au niveau de l'hippocampe et du cortex entorhinal dès 1 mois post-ischémie et perdurant le long de l'étude. L'étude histologique montre une diminution significative de la surface cellulaire dans les différentes zones hippocampiques associée à une moindre expression du facteur neurotrophique BDNF qui expliquerait le phénomène d'atrophie. Ces résultats prouvent la pertinence du modèle d'étude préclinique à long terme chez le rat pour reproduire des troubles du comportement en post-AVC.

L’IRM de diffusion (IRMd) est une modalité d’imagerie médicale in vivo qui suscite un intérêt croissant dans la communauté de neuro-imagerie. L’information sur l’intra-structure des tissus cérébraux est apportée en complément des informations de structure issues de l’IRM structurelle (IRMs). Ces modalités d’imagerie ouvrent ainsi une nouvelle voie pour l’analyse de population et notamment pour l’étude de la maturation cérébrale humaine normale in utero. La modélisation et la caractérisation des changements rapides intervenant au cours de la maturation cérébrale est un défi actuel. Dans ce but, ce mémoire de thèse présente une chaîne de traitement complète de la modélisation spatio-temporelle de la population à l’analyse des changements de forme au cours du temps. Les contributions se répartissent sur trois points. Tout d’abord, l’utilisation de filtre à particules étendus aux modèles d’ordre supérieurs pour la tractographie a permis d’extraire des descripteurs plus pertinents chez le foetus, utilisés ensuite pour estimer les transformations géométriques entre images. Ensuite, l’emploi d’une technique de régression non-paramétrique a permis de modéliser l’évolution temporelle moyenne du cerveau foetal sans imposer d’à priori. Enfin, les changements de forme sont mis en évidence au moyen de méthodes d’extraction et de sélection de caractéristiques
Diffusion weighted MRI (dMRI) is an in vivo imaging modality which raises a great interest in the neuro-imaging community. The intra-structural information of cerebral tissues is provided in addition to the morphological information from structural MRI (sMRI). These imaging modalities bring a new path for population studies, especially for the study in utero of the normal humanbrain maturation. The modeling and the characterization of rapid changes in the brain maturation is an actual challenge. For these purposes, this thesis memoir present a complete processing pipeline from the spatio-temporal modeling of the population to the changes analyze against the time. The contributions are about three points. First, the use of high order diffusion models within a particle filtering framework allows to extract more relevant descriptors of the fetal brain, which are then used for image registration. Then, a non-parametric regression technique was used to model the temporal mean evolution of the fetal brain without enforce a prior knowledge. Finally, the shape changes are highlighted using features extraction and selection methods

Les traumatismes crâniens les plus sévères peuvent altérer les communications entre des régions cérébrales distantes et conduire à des désordres chroniques de la conscience. Il a été rapporté que la Stimulation Cérébrale Profonde (SCP) du Thalamus module l'éveil et améliore le comportement des patients en état de conscience minimale. Cependant, il n'existe aucune démonstration évidente des mécanismes cérébraux pour la restauration spécifique et causale de l˅accès conscient, i.e. la prise de conscience, par la stimulation électrique. Dans cette étude, nous dressons l'hypothèse que la stimulation thalamique spécifique pourrait restaurer à la fois la vigilance et la prise de conscience à travers la restauration de l'activité thalamo-corticale et de la réorganisation des dynamiques corticales subséquentes.Nous avons créé une installation expérimentale qui combine la SCP et l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle 'IRMf' chez le Primate Non-Humain (PNH) et appliqué une anesthésie finement contrôlée pour supprimer la conscience. Nous avons enregistré l'activité cérébrale du cerveau entier et développé un module de pré-traitement des images, Pypreclin, pour résoudre le problème d'artéfact lié à l'électrode. Sous sédation profonde, la stimulation électrique du noyau Centro-Median du Thalamus (CMT) a induit une forte vigilance de façon binaire. Lorsque la SCP du CMT a été déclenchée, le signal IRMf mesuré a augmenté dans les cortex préfrontal, pariétal et cingulaire, pour retourner progressivement à la valeur de référence quelques secondes après que le stimulateur a été éteint. De plus, la SCP du CMT a conduit à une reconfiguration des dynamiques corticales des états de repos en diminuant la similarité entre fonction et structure, précédemment décrite comme signature de la conscience. Enfin, la SCP du CMT a rétabli une vaste réponse hiérarchique à la régularité auditive globale qui était interrompuesous anesthésie générale. Ainsi, la SCP du CMT a restauré les deux dimensions principales de la conscience que sont l˅éveil et le contenu conscient, ouvrant la voie vers une application thérapeutique chez les patients atteint de désordres chroniques de la conscience
Severe brain injuries may lead to the disruption of long-range inter-region brain communications resulting in chronic Disorders of Consciousness (DoC). Electrical Deep Brain Stimulation (DBS) of the Thalamus has been reported to modulate arousal and ameliorate behavior in Minimally Conscious State (MCS) patients. However, there is no clear demonstration of the cerebral mechanisms for the specific and causal restoration of conscious access, i.e. awareness, with DBS. Here we hypothesized that specific thalamic DBS might restore both arousal and awareness through the restoration of thalamo-cortical activity and the subsequent reorganization of cortical dynamics. We first designed an experimental set-up combining DBS and functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) in Non-Human Primate (NHP) and applied finely tuned anesthesia to suppress consciousness. We recorded whole brain activity and developed a preprocessing pipeline, Pypreclin, to tackle the electrode-induced artifact. During deep sedation, Centro-Median Thalamic (CMT) DBS robustly induced arousal in an ON-OFF fashion. When CMT DBS was switched ON, fMRI signal increased in prefrontal, parietal and cingulate cortices, and gradually returned to baseline seconds after the stimulator was turned OFF. Moreover, CMT DBS led to a reconfiguration of Resting State cortical dynamics bydecreasing the function-structure similarity, previously described as a consciousness signature. Finally, CMT DBS restored a broad hierarchical response to global auditory regularities that was disrupted under general anesthesia. Thus, CMT DBS restored the two main dimensions of consciousness, i.e. arousal and awareness, paving the way to its therapeutical translation in patients with chronic DoC