Academic literature on the topic 'IRM fonctionelle de repos'

Le trouble obsessionnel compulsif (TOC) est une pathologie fréquente, touchant 2 à 3 % de la population [1].L’implication de structures cortico-striato-thalamiques dans la symptomatologie du TOC est consensuellement reconnue [2]. Parmi elles, le cortex orbitofrontal (OFC), le cortex cingulaire antérieur (ACC) et le striatum ventral sont des structures d’un intérêt particulier dans les mécanismes de prises de décision associés au TOC.La mesure de la connectivité fonctionnelle basée sur l’IRM fonctionnelle (IRMf) permet d’étudier les liens fonctionnels entre plusieurs régions cérébrales [3]. Les études précédentes fournissant des résultats contradictoires sur la connectivité fonctionnelle dans le TOC entre le striatum ventral, l’OFC et le ACC [4], nous étudions la connectivité fonctionnelle basée sur l’IRMf chez 12 patients atteints de TOC de vérification (YBOCS > 16) contrastés avec 11 témoins enregistrés en « état de repos » (resting state) avec une séquence EPI sur une IRM 3 T (CENIR, Institut du Cerveau et de la Moelle épinière, Paris). Notre analyse utilise l’OFC, le ACC et le striatum ventral comme régions d’intérêt (ROI), à partir de coordonnées définies dans une étude en IRMf précédemment menée dans notre laboratoire. Nous avons étudié la différence de connectivité entre ces régions deux à deux (ROI-to-ROI analysis) et entre ces régions et le reste du cortex (seed-voxel analysis).Nous souhaitons également étudier la corrélation entre la connectivité entre ces régions et la sévérité du TOC, mesurée avec l’échelle YBOCS.Nos données sont en cours d’analyse, mais des résultats préliminaires montrent une hypoconnectivité entre le striatum ventral droit et l’ACC chez les patients (p < 0,05). Ces résultats préliminaires nous orientent vers une poursuite de l’étude de la connectivité fonctionnelle dans le TOC, et notamment l’analyse de l’influence de différents paramètres cliniques (début des troubles, durée de la maladie, sous-type de TOC) sur cet aspect de la physiopathologie.

Les réseaux cérébraux au repos, visibles en IRM fonctionnelle, sont les reflets de l’activité intrinsèque du cerveau et donnent de précieuses informations sur la fonction cérébrale saine et pathologique. L’étude de ces réseaux dans des modèles animaux pourrait, en améliorant la compréhension des différences anatomiques et fonctionnelles existant entre les espèces de mammifères, être à la base d’avancées substantielles dans la compréhension des maladies neurologiques et des bases de la fonction cérébrale chez l’humain. Cependant, la comparaison interspécifique de ces réseaux cérébraux est ardue car les atlas cérébraux, les protocoles d’acquisition et la résolution des IRM sont trop dissemblables. Elle nécessiterait donc un cadre d’étude plus rigoureux, qui pour le moment fait défaut. En effet, de nombreuses études ont décrit des réseaux homologues dans différentes espèces mammifères, mais très peu d’études interspécifiques ont à ce jour été réalisées. Notre étude est donc la première à extraire et comparer des réseaux cérébraux au repos et leurs sous-réseaux chez l’humain, la souris et le primate microcèbe. Nous avons pu observer de nombreuses similitudes entre les réseaux extraits dans les différentes espèces, mais également de notables divergences qu’il convient d’analyser à la lumière de ce que nous savons sur les capacités cérébrales de chacune d’entre elles.

L'objectif principal de cette thèse est d'explorer la connectivité cérébrale et celle des réseaux de neurones artificiels d'un point de vue de leur connectivité. Un modèle par graphes pour l'analyse de la connectivité structurelle et fonctionnelle a été largement étudié dans le contexte du cerveau humain mais, un tel cadre d'analyse manque encore pour l'analyse des systèmes artificiels. Avec l'objectif d'intégrer l'analyse de la connectivité dans les système artificiels, cette recherche se concentre sur deux axes principaux. Dans le premier axe, l'objectif principal est de déterminer une caractérisation de la signature saine de la connectivité fonctionnelle de repos du cerveau humain. Pour atteindre cet objectif, une nouvelle méthode est proposée, intégrant des statistiques de graphe traditionnelles et des outils de réduction de réseau, pour déterminer des modèles de connectivité sains. Ainsi, nous construisons une comparaison en paires de graphes et un classifieur pour identifier les états pathologiques et identifier les régions cérébrales perturbées par une pathologie. De plus, la généralisation et la robustesse de la méthode proposée ont été étudiées sur plusieurs bases de données et variations de la qualité des données. Le deuxième axe de recherche explore les avantages de l'intégration des études de la connectivité inspirée du cerveau aux réseaux de neurones artificiels (ANNs) dans la perspective du développement de systèmes artificiels plus robustes. Un problème majeur de robustesse dans les modèles d'ANN est représenté par l'oubli catastrophique qui apparaît lorsque le réseau oublie dramatiquement les tâches précédemment apprises lors de l'adaptation à de nouvelles tâches. Notre travail démontre que la modélisation par graphes offre un cadre simple et élégant pour étudier les ANNs, comparer différentes stratégies d'apprentissage et détecter des comportements nuisibles tels que l'oubli catastrophique. De plus, nous soulignons le potentiel d'une adaptation à de nouvelles tâches en contrôlant les graphes afin d'atténuer efficacement l'oubli catastrophique et jetant ainsi les bases de futures recherches et explorations dans ce domaine
The main objective of this thesis is to explore brain and artificial neural network connectivity from agraph-based perspective. While structural and functional connectivity analysis has been extensivelystudied in the context of the human brain, there is a lack of a similar analysis framework in artificialsystems.To address this gap, this research focuses on two main axes.In the first axis, the main objective is to determine a healthy signature characterization of the humanbrain resting state functional connectivity. To achieve this objective, a novel framework is proposed,integrating traditional graph statistics and network reduction tools, to determine healthy connectivitypatterns. Hence, we build a graph pair-wise comparison and a classifier to identify pathological statesand rank associated perturbed brain regions. Additionally, the generalization and robustness of theproposed framework were investigated across multiple datasets and variations in data quality.The second research axis explores the benefits of brain-inspired connectivity exploration of artificialneural networks (ANNs) in the future perspective of more robust artificial systems development. Amajor robustness issue in ANN models is represented by catastrophic forgetting when the networkdramatically forgets previously learned tasks when adapting to new ones. Our work demonstrates thatgraph modeling offers a simple and elegant framework for investigating ANNs, comparing differentlearning strategies, and detecting deleterious behaviors such as catastrophic forgetting.Moreover, we explore the potential of leveraging graph-based insights to effectively mitigatecatastrophic forgetting, laying a foundation for future research and explorations in this area

L’étude des réseaux cérébraux en IRM fonctionnelle au repos est de plus en plus utilisée chez les patients victimes d’accidents vasculaires cérébraux. La majorité des études se sont focalisés sur les déficits moteurs, attentionnels ou phasiques. Dans ce travail, nous avons étudié l’impact du handicap global sur la connectivité fonctionnelle de grands réseaux corticaux à la phase subaiguë d’infarctus cérébraux. Ce travail a porté sur 50 patients ayant subi un premier infarctus sus-tentoriel (29 hommes, 22 AIC gauche, 57 ± 14 ans, délai médian après l’AIC = 4.5 semaines) et 75 témoins (27 hommes, 55 ± 15 ans). Sept réseaux de repos ont été étudiés à partir d’une analyse en graine et nous avons distingué pour chacun les connectivités fonctionnelles interhémisphérique, ipsi et contralésionnelle. Les 22 patients sans handicap (mRS = 0/1) avaient une connectivité normale alors qu’une diminution diffuse et bilatérale était observée chez les 28 patients avec handicap, expliquant 22% de la variance. Les analyses post-hoc ont montré que ces différences s’observaient essentiellement entre les patients sans handicap et ceux avec handicap léger et portaient surtout sur le mode par défaut et un réseau exécutif. Nous avons calculé pour chacun un score d’intégrité de la connectivité fonctionnelle permettant de résumer l’ensemble de ces altérations. Cet outil simple permettait de prédire le handicap résiduel avec une spécificité de 91% et une sensibilité de 86%. Nous avons donc observé une diminution diffuse de la connectivité fonctionnelle des réseaux de repos chez les patients ayant un handicap résiduel, alors qu’une connectivité normale marquait un excellent pronostic fonctionnel
Resting-state functional MRI is increasingly used to investigate brain networks in stroke patients. Most studies focused specifically on motor, attentional and language deficits. Here we have investigated the relationships between global post-stroke disability and functional connectivity of seven major cortical networks in subacute ischemic stroke patients. We have studied 50 patients with first-ever unilateral hemispheric stroke (29 men, 22 left strokes, 57 ± 14 years) with a median post-stroke delay of 4.5 weeks and 75 healthy volunteers (27 men, 55 ± 15 years). Seven cortical networks were characterized with a seed-based approach and for each network we distinguished inter-hemispheric, ipsi- and contra-lesional functional connectivity. The 22 patients without disability (modified Rankin’s scale 0-1) had normal functional connectivity in all networks whereas the 28 disabled patients had widespread and bilateral decreases in functional connectivity explaining 22 % of the variance. Secondary analyses showed that abnormalities mainly differentiate no disability from mild disability and may predominate in default-mode and top-down control networks. We have computed for each subject a functional connectivity index that summarizes all these abnormalities. This simple tool was strongly predictive of residual disability with a specificity of 91% and a sensitivity of 86%. In conclusion, widespread and bilateral alterations in cortical connectivity occur in disabled subacute stroke patients, whereas normal indicate excellent global outcome

Chez les enfants présentant une épilepsie sévère associée à des lésions étendues à tout un hémisphère, la déconnexion hémisphérique s'avère le traitement chirurgical le plus efficace. Le sujet de cette thèse concerne la plasticité cognitive développementale, en partictdier dans le domaine du langage, à partir de cette situation privilégiée pour aborder la question de l'asymétrie hémisphérique au cours du développement. Pour la première fois, nous rapportons l'évolution- neuropsychologique post-opératoire dans une large population de patients opérés durant l'enfance, parfois dès les premiers mois de la vie. Une première étude sur le devenir à long terme de 83 patients a mis en -évidence- un pronostic neurocognitif plus sombre chez les enfants ayant débuté leur épilepsie en bas âge. Trente enfants ont participé à une évaluation neuropsychologique approfondie qui a montré des difficultés linguistiques plus importantes après ablation fonctionnelle de l'hémisphère gauche en faveur de son rôle spécifique dans le développement du langage. Nous rapportons également de faibles capacités de mémoire de travail chez ces patients qui se caractérisent par ailleurs par d'étonnantes capacités d'apprentissage verbal en situation de rappel d'une liste de mots. Chez treize enfants, la réalisation d'une IRM fonctionnelle de langage a permis d'explorer les zones cérébrales impliquées dans le langage en post-opératoire de l'hémisphère droit ou gauche. Des régions homologues est été mises en évidence en faveur d'une réorganisation controlatérale des réseaux de langage avec, chez les sujets opérés sur leur hémisphère dominant, une implication supplémentaire du cortex frontal dorso-ïatéral
Children with catastrophic epilepsy associated with extensive lesions of one hemisphere are the best candidates for hemispheric disconnection in order to cure epilepsy. The topic of this research is based on developmental cognitive plasticity, peculiarly in the field ef toguage &om the amazing siteation e£ living with one hemisphere in order to analyse hemispheric dominance according to the brain development. Post-operative neuropsychological evaluation was done for the first time in a large population of childr-ea who underwent surgery during infancy, sometimes during the month of the life. We firstly demonstrated a bad neuropsychological outcome in 2, population of 83 children when epilepsy onset early in life. Thirty children participated to a detailed neuropsychological assessment which pointed out more difficulties in linguistic abilities when patients underwent left hemispheric disconnexion; this results ace ia favour of a left hemispheric specialisation for language. We also found impairment in short term memory although normal verbal long term memory in situation of learning and recalling a list of words was normal. Functional MRI of language was finally performed in thirteen children in order to analyse cerebral map implicated in language on the right or left hemisphere in the post-operative course. Homologous cerebral regions were exhibited suggesting controlateral reorganisation of language networks; moreover, activations were found in the dorso-lateral frontal cortex when children were operated on their dominant hemisphere and have to reorganize their language on the controlateral hemisphere

La mémoire de reconnaissance nous permet à la fois de détecter rapidement un stimulus précédemment perçu (familiarité), et de récupérer des informations relatives au contexte de notre rencontre avec ce stimulus (recollection). Les modèles neuro-anatomiques d'Aggleton et Brown (1999) puis d'Aggleton et al. (2011) postulent que le noyau antérieur (NA) du thalamus et le tractus mamillo-thalamique (TMT) du fait de leurs connexions avec l'hippocampe font partie du circuit de la recollection tandis que le noyau dorso-médian (DM) participerait à la familiarité en raison de ses connexions avec le cortex périrhinal. Dans cette thèse nous avons testé cette hypothèse d'indépendance. 12 patients avec un infarctus thalamique gauche ont été recrutés ainsi qu'un groupe de sujets contrôles appariés. Tous les participants ont été soumis à un bilan neuropsychologique, à trois tâches expérimentales de mémoire de reconnaissance et à un examen d'IRM morphologique et d'IRM fonctionnelle de repos. Selon les tâches nous avons estimé la contribution de la recollection et de la familiarité à la réponse sur la base de la verbalisation de la source, du degré de confiance dans la réponse ou de la catégorisation des réponses. Les lésions thalamiques ont été quantifiées et localisées automatiquement grâce à une nouvelle approche méthodologique que nous avons développée. Le profil neuropsychologique des patients a mis en évidence une amnésie antérograde verbale et un trouble exécutif modéré (Etude 1). Les lésions atteignaient principalement le DM alors que le NA était intact chez tous. Le TMT était lésé chez les 7 patients les plus amnésiques (Etudes 1 et 2). La recollection était altérée chez les patients quelle que soit la tâche alors que la familiarité était préservée. De plus l'indice de recollection corrélait avec la lésion du DM (Etude 2). Enfin, des corrélations ont été trouvées dans l'étude en connectivité fonctionnelle entre la disconnexion thalamo-frontale et la recollection (Etude 3). En somme, ces résultats signifient i\ qu'une lésion du NA n'est pas nécessaire pour causer une amnésie ii\ qu'une lésion du DM est suffisante pour causer un défaut de recollection mais pas nécessaire pour atteindre la familiarité iii\ qu'une lésion du TMT prédit une amnésie sévère, enfin iv\ que le réseau reliant fonctionnellement le DM au cortex préfrontal semble être impliqué dans l'expérience subjective de la mémoire de reconnaissance plutôt que dans ses contenus. Ils suggèrent de plus que le modèle d'Aggleton et al (2011) devrait être révisé en ce qui concerne la relation familiarité / DM
Recognition memory allows determining whether a stimulus has been previously encountered based on either a rapid detection process (familiarity) or a longer retrieval of the context associated with the stimulus (recollection). Aggleton and Brown's model (1999) and Aggleton and colleagues (2011) postulated that recollection and familiarity are anatomically and functionally independent. They hypothesized that the anterior nucleus (AN) / mamillothalamic tract (MTT) complex of the thalamus would be critical for recollection due to its connections with the hippocampus. The Mediodorsal (MD) nucleus would support familiarity owing to its links with the perirhinal cortex. In this thesis we tested this independence hypothesis. The 12 subjects with a pure left thalamic infarction were included along with a healthy matched control group. Every subject underwent a neuropsychological assessment, three experimental verbal recognition memory tasks, a high-resolution structural volumetric MRI scan and resting state functional imaging. Recollection and familiarity estimations were derived from subjective reports or responses categorization. We specifically developed the methods used to automatically analyse the volume and localization of the lesions. Patients performed worse than controls on verbal memory and to a lesser extent on executive tasks (Study 1). Most of the lesions were located in the MD while no lesion of the AN was found. The seven patients exhibiting MTT damage had the lowest memory performance (Studies 1 and 2). Recollection was lower in patients than in controls in all the three tasks whereas familiarity was systematically normal. In addition we found a significant correlation between the recollection index and the DM damage, suggesting that DM is directly involved in recollection (Article 2). Finally the functional connectivity results showed a correlation between recollection and a pattern of thalamofrontal disconnection in the patients, helping to understand the DM-recollection relationship. Overall, the findings of the different studies mean that i\ AN damage is rare and is not necessary to cause an amnesia, ii\ MD damage is sufficient to cause a recollection impairment but not necessary to impair familiarity, iii\ MTT damage predicts the severity of the amnesia, iv\ the network linking functionally the MD with the prefrontal cortex seems to be involved in the subjective experience associated with recognition memory

Au décours d’un AVC, près de 50% des patients vont développer un trouble de la cognition dans les six premiers mois suivant l’accident. Ces déficits ont la particularité de pouvoir être de natures différentes, en touchant plusieurs domaines cognitifs distincts, parfois simultanément. A l’aide de batteries de tests neuropsychologiques dédiés, ces altérations cognitives ont pu être largement décrites et caractérisées. En revanche, les mécanismes sous-jacents l’apparition de ces troubles sont encore mal compris.Grâce aux possibilités d’analyse structurelle et fonctionnelle du cerveau, l’imagerie par résonance magnétique (IRM) est une technique de plus en plus utilisée pour identifier de nouveaux marqueurs diagnostiques des maladies neurodégénératives. L’objectif principal de de travail de thèse était de mieux comprendre les mécanismes physiopathologiques impliqués dans l’apparition de troubles cognitifs post-AVC à l’aide de méthodologies avancées en IRM.La première étude est une étude transversale comportant un versant pré-clinique chez des rats ischémiés et un versant clinique chez des patients victimes d’un AVC. Chez l’Homme, les résultats ont montré des anomalies morphologiques de l’hippocampe ainsi que des anomalies structurelles du cortex entorhinal chez les patients présentant un déficit cognitif 6 mois après AVC. Chez le rongeur, l’imagerie a montré des déformations des contours de l’hippocampe chez les rats ischémiés présentant des anomalies cognitives 6 mois après occlusion de l’artère cérébrale moyenne.Nous avons ensuite analysé les anomalies de connectivité fonctionnelle spécifiques aux troubles cognitifs survenant dans les 6 mois après un AVC chez l’Homme car certains travaux ont démontré l’importance des anomalies de communication fonctionnelle dans l’apparition des troubles cognitifs post-AVC. Nous avons ainsi identifié un réseau fonctionnel spécifique organisé autour du lobe frontal supérieur et temporal. De plus, chaque fonction cognitive était associée à un motif spécifique de connexions fonctionnelles altérées.Enfin, à l’aide d’algorithmes d’apprentissage machine, nous avons montré que ce réseau fonctionnel impliqué dans la génèse des troubles cognitifs post-AVC était un excellent marqueur prédictif des altérations cognitives chez l’Homme 3 ans après l’AVC.Ainsi, les mesures morphométriques du lobe temporal médian et de connectivité fonctionnelle globale apparaissent comme des marqueurs IRM complémentaires dans la caractérisation des troubles cognitifs post-AVC. L’ensemble de ces résultats suggèrent ainsi que des mécanismes physiopathologiques spécifiques seraient impliqués dans la survenue de des troubles cognitifs, permettant d’envisager dans l’avenir des prises en charge personnalisées pour les fonctions cognitives des patients victimes d’AVC
After a stroke, nearly 50% of the patients are prompt to develop cognitive disorders in the first 6 months. These deficits can be various, affecting distinct cognitive functions and sometimes simultaneously. Using specific cognitive battery, these disorders can be well described and characterized. However, the mechanisms leading to the development of these cognitive impairments are poorly understood.In that sense, magnetic resonance imaging offers many possibilities for the detection of occurring cognitive disorders after a stroke. The aim of this study of to better define imaging markers that could help to better understand the physiopathology and potentially, using advances methods, predict the long-term outcome of stroke patients.First, a translational study highlighted morphological deformations of hippocampus and structural changes of entorhinal cortex in patients with a cognitive disorder 6 month after stroke compared to patients without. These alterations have also been found in a rat model of ischemia, that presented deformations of hippocampus 6 months after the ischemia compared to control animals.Second, many imaging studies reported that the post-stroke cognitive disorders could be more associated with spread dysfunctions rather than focal alteration at the lesion site. In that sense, we analyzed the functional alterations that could exist in patients with a cognitive disorder 6 months post-stroke compared to patients without. We then identified a functional network that seemed to be organized around regions in superior frontal and temporal lobes. Moreover, each cognitive function presented specific pattern of correlated connections in this network.Lastly, using machine learning algorithms, we showed that this identified functional network 6 months post-stroke can predict the diagnosis of cognitive impairment 30 months later, and also predict alterations of specific cognitive domains at the same time.Then, morphological measures of the medial temporal lobe and the global functional connectivity analyses appeared to be complementary MRI markers for the characterization of patients developing a cognitive disorder after stroke. All these results suggest then that specific physiopathological mechanisms could be involved in the appearance of post-stroke cognitive disorders, permitting to imagine potential new personalized care of post-stroke cognitive disorders

L'IRMf de repos qui repose sur l'étude des fluctuations du signal BOLD chez un sujet au repos, pourrait permettre d'explorer les mécanismes du handicap dans la Sclérose En Plaques (SEP). En utilisant l'IRMf de repos, ce travail a eu pour objectif de caractériser la réorganisation fonctionnelle des patients atteints de SEP et ses liens avec leur handicap.Nous avons d'abord réalisé une étude combinant IRMf de repos et d'activation au stade précoce de la SEP et montré l'existence d'une corrélation entre la plasticité fonctionnelle du système moteur des patients au repos et durant la tâche. Nous avons ensuite montré l'existence d'une augmentation diffuse du niveau de connectivité fonctionnelle des patients présentant une SEP débutante, corrélée à leurs performances. Dans la 3ème partie, nous avons objectivé l'existence d'un déclin dynamique de la topologie fonctionnelle corrélée à la progression du handicap grâce à une étude longitudinale utilisant la théorie des graphes. Enfin, nous avons démontré que le gain fonctionnel obtenu par la rééducation chez les patients SEP était corrélé à une augmentation de connectivité fonctionnelle du réseau cérébral par défaut et central exécutif et de densité de substance grise dans le cortex frontal.Nos travaux montrent l'existence d'une réorganisation cérébrale fonctionnelle complexe et dynamique dans la SEP qui pourrait correspondre à des phénomènes compensatoires, dont le déclin avec l'évolution de la maladie participe à la progression du handicap. Ils démontrent l'intérêt de l'IRMf de repos pour la compréhension des substrats anatomo-fonctionnels du handicap dans la SEP et comme potentiel instrument futur d'évaluation thérapeutique
Resting-state fMRI (rs-fMRI) may provide important clue concerning disability in multiple sclerosis (MS) by exploring the spontaneous BOLD fluctuations at rest in the whole brain. The aim of this work is to depict the functional reorganization of resting-state networks in MS patients and to assess its potential relationships with disability.In the first part, we performed an fMRI protocol combining a rs-fMRI and task-associated fMRI during a motor task, in a group of early MS patients. This study evidenced a direct association between reorganization of connectivity at rest and during activation in the motor system of patients. In the second rs-fMRI study, we evidenced an increased of the global level of connectivity in most of the rs-networks, strongly associated with the level of disability of patients. In the third part, we evidenced in a 2-year longitudinal study using graph theoretical approach that MS patients exhibited a dynamical alteration of functional brain topology that significantly correlated with disability progression. In the last part, we evidenced that the transient clinical improvement following physical rehabilitation in MS patients is associated with reversible plasticity mechanisms located in the default mode network, the central executive network and in the left fronto-orbital cortex. These works evidence that MS patients exhibit a complex and dynamical functional reorganization of rs-networks, significantly associated with disability progression. This PhD thesis confirms that rs-fMRI is a relevant biomarker of pathophysiology leading to disability in MS and represents a promising tool for therapeutic assessment of MS patients in the future

De récentes études ont montré que l'activité spontanée du cerveau observée au repos permet d'étudier l'organisation fonctionnelle cérébrale en complément de l'information fournie par les protocoles de tâches. A partir de ces signaux, nous allons extraire un atlas fonctionnel du cerveau modélisant la variabilité inter-sujet. La nouveauté de notre approche réside dans l'intégration d'a-prioris neuroscientifiques et de la variabilité inter-sujet directement dans un modèles probabiliste de l'activité de repos. Ces modèles seront appliqués sur de larges jeux de données. Cette variabilité, ignorée jusqu'à présent, cont nous permettre d'extraire des atlas flous, donc limités en terme de résolution. Des challenges à la fois numériques et algorithmiques sont à relever de par la taille des jeux de données étudiés et la complexité de la modélisation considérée
Recent studies have shown that resting-state spontaneous brain activity unveils intrinsic cerebral functioning and complete information brought by prototype task study. From these signals, we will set up a functional atlas of the brain, along with an across-subject variability model. The novelty of our approach lies in the integration of neuroscientific priors and inter-individual variability in a probabilistic description of the rest activity. These models will be applied to large datasets. This variability, ignored until now, may lead to learning of fuzzy atlases, thus limited in term of resolution. This program yields both numerical and algorithmic challenges because of the data volume but also because of the complexity of modelisation

Des troubles cognitifs sévères peuvent apparaître de façon précoce au cours de la sclérose en plaques(SEP). Nous avons analysé les modifications de connectivité fonctionnelle de repos au sein des réseauxcérébraux et les modifications structurelles cérébrales qui les sous-tendent.Nous avons inclus des patients atteints de SEP dont la durée de la maladie est comprise entre 3 et 5ans, sans trouble cognitif (n=20) et avec un trouble cognitif (n=15) ainsi que des sujets contrôles(n=20). Après une évaluation neuropsychologique approfondie, les patients et contrôles ont eu uneIRM multimodalité à 3T comportant des séquences anatomiques T1 et T2, une séquence en tenseur dediffusion pour l’évaluation de la connectivité anatomique, et une IRM fonctionnelle de repos pourl’évaluation de la connectivité fonctionnelle.Les patients avec atteinte cognitive ont des performances diminuées pour l’ensemble des domainesneuropsychologiques testés en dehors du stockage mnésique. La connectivité fonctionnelle est altéréechez les patients avec atteinte cognitive au sein des réseaux impliqués dans les processus cognitifscomme le réseau du mode par défaut et les réseaux attentionnels. Ces modifications fonctionnelles nereflètent pas de façon stricte la connectivité anatomique évaluée par l’IRM de diffusion. En revanche,les patients avec atteinte cognitive ont une atrophie marquée de la SG dans des régions connectées auréseau du mode par défaut.La diminution de connectivité fonctionnelle au sein des réseaux impliqués dans la cognition pourraitlimiter les mécanismes de compensation fonctionnelle en réponse à l’atteinte structurelle cérébrale
Severe cognitive impairment involving multiple cognitive domains can occur early during the course of multiple sclerosis (MS). We investigated resting state functional connectivity changes in large-scale brain networks and related structural damage underlying cognitive dysfunction in patients with early MS.We included MS patients with 3 to 5 years of disease duration, either without cognitive impairment (n=20), or with cognitive impairment (n=15), and 20 controls. After a standardized neuropsychological evaluation, all subjects underwent a multimodal 3T MRI including anatomical T1 and T2 images, diffusion imaging to assess anatomical connectivity and resting state functional MRI to assess functional connectivity.Patients with cognitive dysfunction were impaired in all cognitive domains tested except for mnesic storage. Functional connectivity was altered in patients with cognitive impairment only, within associative networks relevant for cognition, especially the default mode and the attentional networks. This functional disconnection did not parallel diffusion abnormalities in white matter tracts. In patients with cognitive impairment, atrophy was localized in cortical regions connecting the default mode network. Disconnection in these networks may deprive the brain of compensatory mechanisms required to face widespread structural damage

La mentalisation, ou la capacité d’élaborer des hypothèses sur les états mentaux d’autrui, a fait l’objet de nombreuses études durant les 20 dernières années dans le champ des neurosciences sociales. Toutefois, les bases neurales de cette fonction particulièrement complexe restent mal comprises, notamment en termes de connectivité structurale. Récemment, une organisation anatomo-fonctionnelle en double voie a été proposée. Selon ce modèle, les aspects réflexifs, inférentiels, de la mentalisation seraient sous-tendus par le faisceau cingulaire. Les aspects préréflexifs, identificatoires, seraient médiés, quant à eux, par le complexe faisceau arqué/partie latérale du faisceau longitudinal supérieur (FLS). L’objectif général de ce travail est d’apporter des données originales sur l’organisation anatomo-fonctionnelle du réseau neural impliqué dans la mentalisation basée sur les visages. Pour ce faire, nous avons utilisé comme modèle physiopathologique d’étude le gliome diffus de bas grade. Cette tumeur cérébrale primitive s’avère particulièrement intéressante pour l’étude du rôle de la substance blanche dans la cognition et ce pour deux raisons : (i) les cellules tumorales se propagent préférentiellement le long des fibres blanches ; (ii) l’exérèse chirurgicale est souvent réalisée en condition éveillée avec cartographie fonctionnelle peropératoire pour permettre d’identifier, et ainsi de préserver, les structures fonctionnelles, notamment de substance blanche.Dans une première étude, grâce aux stimulations électriques peropératoires, nous avons pu identifier un vaste réseau cortico-sous-cortical impliqué dans la mentalisation. L’analyse des déconnexions induites par les stimulations de la substance blanche nous a permis de mettre clairement en évidence, et ce pour la première fois, le rôle du faisceau occipito-frontal inférieur (FOFI) tout en confirmant celui du FLS. Dans une deuxième étude, en utilisant des techniques de cartographie lésionnelle chez des patients ayant été opérés, nous avons démontré que les troubles permanents, non compensables, de la mentalisation étaient expliqués par l’atteinte du faisceau arqué. Enfin, dans une dernière étude, en combinant l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle de repos (IRMfr) et les sites corticaux démasqués pendant la chirurgie, nous avons pu générer de véritables cartographies fonctionnelles du réseau cortical de la mentalisation, très similaires à celles observées en imagerie fonctionnelle classique.De façon générale, nos découvertes suggèrent que la mentalisation basée sur les visages reposerait sur l’intégrité d’au moins deux faisceaux associatifs de substance blanche. Elles permettent également de valider l’utilisation combinée de l’IRMfr et des stimulations corticales en tant qu’approche originale pour cartographier les réseaux neurocognitifs.En plus de ces considérations fondamentales, nos résultats ont des implications cliniques, notamment pour la cartographie fonctionnelle peropératoire. Ils permettent en outre de mieux comprendre les pathologies cérébrales caractérisées par un trouble de la mentalisation et une atteinte des voies de substance blanche
Mentalizing, or the ability of human beings to make assumptions about other people’s mental states, has been the subject of many studies over the last 20 years. The neural bases and especially the white matter connectivity of this complex cognitive function is still poorly understood. Recently, an anatomo-functional organization into two neural pathways has been proposed. According to this model, it is assumed that the reflective, inferential aspects of mentalizing is underpinned by the cingulum. The reflexive, identificatory aspects of mentalizing are thought to be mediated, for their part, by the arcuate fascicle and the lateral part of the superior longitudinal fascicle. The main purpose of this scientific work is to provide original data on the anatomo-functional organization of the neural network involved in the face-based mentalizing. We used as a pathophysiological study model diffuse low-grade gliomas. These primary brain tumors are particularly interesting for the study of the functional role of the white matter for two reasons: (i) the tumor cells propagate preferentially along the white matter fibers; (ii) the surgical resection is often performed in awake condition with intraoperative functional mapping to identify, and thus to preserve functional structures, including the white matter.In our first study, using intraoperative electrical stimulation, we were able to identify a large cortico-subcortical mentalizing network. The analysis of the disconnections induced by the stimulation of the white matter allowed us to clearly highlight, for the first time, the role of the inferior fronto-occipital fascicle. We also confirmed the already established role of the superior longitudinal fascicle in mentalizing. In a second study, using lesion mapping analyses in patients operated on for a diffuse low-grade glioma, we demonstrated that the long-term, non-compensatory mentalizing deficit was explained by the involvement of the arcuate fascicle. Finally, in a third study combining resting-state functional MRI and the cortical sites unmasked during surgery, we were able to identify a large cortical mentalizing networks, which were very similar to those identified by classical task-based functional imaging.In general, our findings suggest that the face-based mentalizing would require the integrity of at least two associative white matter fascicles. They also validate the combined use of resting-state functional MRI and direct cortical stimulations as an original approach to map neurocognitive networks.In addition to these fundamental considerations, our results have also clinical implications, especially regarding the intraoperative functional mapping. They also provide a better understanding of brain pathologies characterized by both mentalizing deficit and white matter impairment

La mesure de l’activité et de la connectivité cérébrale est désormais rendue possible par l’IRM fonctionnelle (IRMf) dont les principes sont résumés dans ce chapitre. Par contraste BOLD, basé sur des mécanismes neurovasculaires, ou par diffusion, reflétant les changements induits au niveau même du neuropile, l’IRMf permet une exploration des processus cognitifs. Elle met ainsi en évidence les régions cérébrales liées à une tâche mais également l’activité synchrone des réseaux cérébraux au repos, aussi appelé connectivité.