Letteratura scientifica selezionata sul tema "Cortex cérébral – Modèles animaux"

Les hormones thyroïdiennes (HT) sont essentielles pour le bon fonctionnement du cerveau tout au long de la vie des vertébrés, dès les stades précoces du neuro-développement. Des études épidémiologiques ont montré l’importance des HT de la mère pendant les premiers mois du développement fœtal : une déficience précoce en HT maternelles entraîne à long terme des altérations du développement cognitif et du comportement social de l’enfant. L’apport des modèles animaux, non seulement les modèles mammifères mais également les modèles alternatifs (poisson zèbre, xénope, poulet), a permis de décrypter les mécanismes cellulaires et moléculaires gouvernés par les HT lors du développement cérébral. En particulier le modèle rongeur a contribué à montrer que les HT ont également un rôle crucial chez l’adulte, principalement au sein de deux niches neurogéniques majeures, la zone sous-ventriculaire et la zone sous-granulaire de l’hippocampe où elles régulent finement le destin des cellules souches neurales (CSN). Une question essentielle en biologie des cellules souches est de comprendre, comment les HT gouvernent le devenir des CSN vers un destin neural ou glial et ce, afin de contribuer au développement du cerveau et de maintenir ses fonctions tout au long de la vie adulte dans des conditions physiologiques et lors d’un dommage cérébral (maladies neurodégénératives, maladies démyélinisantes ou accident vasculaire cérébral). Notre revue fait le point sur les connaissances actuelles sur le rôle d’un signal endocrinien clé, les HT, lors du développement du cerveau et de la neurogenèse adulte, et principalement chez les mammifères, notamment l’Homme.

Les auteurs rapportent les résultats d'un essai sur le terrain d'une souche sénégalaise de Cowdria ruminantium atténuée par passage sur culture cellulaire. Trente moutons vaccinés et 30 moutons témoins sont introduits dans la région des Niayes au Sénégal et font l'objet d'un suivi quotidien. Dans le lot témoin, 22 cas de mortalité dus à la cowdriose sont observés dont un seul est associé à l'anaplasmose. Dans le lot vacciné, 13 animaux sont morts et Cowdria n'a été décelée que sur deux moutons qui souffraient auparavant d'ehrlichiose ou d'anaplasmose. Trois autres cas d'ehrlichiose et deux autres cas d'anaplasmose sont également enregistrés parmi ces 13 animaux. Le problème de l'interaction pathologique semble être à l'origine de la baisse de la résistance chez les deux individus vaccinés et qui présentaient des Cowdria dans le cortex cérébral. Les autres animaux du lot n'ont pas présenté de signes d'infection à Cowdria.

Les conséquences à court terme et à long terme du binge drinking sur le cerveau et son fonctionnement commencent à être bien appréhendés. Sa pratique est banalisée et donc courante chez les jeunes. Nous avons initié une série d’études dans le cadre du projet européen AlcoBinge visant à mesurer les conséquences cérébrales morphologiques et fonctionnelles dans une population d’étudiants. Nous avons aussi utilisé la modélisation animale pour rechercher les conséquences à court terme sur les capacités cognitives et les phénomènes de plasticité synaptique après seulement quelques épisodes de binge drinking. La vulnérabilité à long terme à l’alcoolodépendance a été étudiée dans ces mêmes modèles animaux. Nos résultats démontrent que le binge drinking entraîne à la fois des atteintes de la substance blanche et de la substance grise qui peuvent être corrélées à des déficits d’apprentissage et de mémorisation. Chez l’animal nos résultats montrent que deux épisodes de binge drinking suffisent pour induire des perturbations importantes de certaines formes de plasticité synaptique hippocampique associées à des déficits d’apprentissage et de mémorisation. Ces atteintes semblent particulièrement impliquer les récepteurs NMDA du glutamate car les effets de l’alcool sont mimés par la kétamine et bloqués par la D-serine. De manière inquiétante, quelques épisodes de binge drinking à l’adolescence suffisent pour induire une forte motivation pour la consommation d’alcool à l’âge adulte associée à une plus grande anxiété et une moindre réactivité du noyau accumbens à l’alcool. Au total l’ensemble de ces résultats cliniques et précliniques suggèrent que le binge drinking est particulièrement toxique au niveau cérébral et augmente le risque d’alcoolodépendances à l’âge adulte.

La question des émotions des animaux d’élevage s’inscrit dans la volonté d’améliorer les conditions d’élevage en prenant en compte leur bien-être. La genèse des émotions repose sur la capacité cognitive des individus à percevoir, évaluer et réagir à leur environnement. La capacité de perception met en jeu différentes sensorialités et participe à la reconnaissance des éléments de l’environnement de l’animal sans nécessairement déclencher d’émotions. Les situations déclenchantes d’émotion les plus étudiées chez les animaux d’élevage sont la nouveauté, la séparation sociale ou la présence d’un être humain. De plus, les réactions émotionnelles, évaluées par les réponses comportementales, endocriniennes et neurovégétatives sont modulées par le genre, l’état physiologique ou certaines hormones comme la mélatonine. Les structures cérébrales du réseau neuronal des émotions sont impliquées dans la perception et le traitement des informations de l’environnement, et/ou dans l’expression des réponses émotionnelles. Chez les animaux d’élevage, les structures cérébrales les plus étudiées sont le système olfactif pour la perception, le cortex frontal et l’amygdale pour le traitement des informations, le noyau paraventriculaire de l’hypothalamus pour les réponses endocriniennes. D’autres travaux suggèrent le rôle potentiel de structures du tronc cérébral dans les réponses neurovégétatives et de la substance grise périaqueducale dans les réponses comportementales et plus largement dans les stratégies d’adaptation. En perspective, il est maintenant nécessaire d’étudier l’impact de l’expérience précoce sur le développement du réseau neuronal des émotions et de mieux comprendre la part de l’évaluation cognitive dans la genèse des émotions.

Les facteurs environnementaux constituent les facteurs de risques les plus fortement associés à la schizophrénie, devant la majorité des gènes candidats . Les traumatismes infantiles en particulier joueraient un rôle majeur dans l’apparition de la psychose et le développement cérébral. Les traumatismes ou les facteurs de stress précoces sont ainsi associés à des altérations cérébrales qui partagent des similitudes avec les anomalies retrouvées dans la schizophrénie . Cependant, si la grande majorité des auteurs se sont intéressé aux abus physiques ou sexuels, retrouvés associés aux hallucinations auditives, le rôle des négligences infantiles a rarement été étudié dans la schizophrénie. Nous avons réalisé une étude d’imagerie dans le but d’explorer les liens entre les différents types de traumatismes infantiles, morphologie cérébrale et symptomatologie chez 21 schizophrènes et 30 sujets témoin. Les résultats ont confirmé que les schizophrènes ont subi plus de traumatismes dans leur enfance que les sujets témoins. De plus, le volume total de matière grise est corrélé négativement à la négligence émotionnelle dans les deux groupes, la corrélation étant plus forte chez les schizophrènes. Cette association avec la sévérité de la négligence émotionnelle est également retrouvée chez les sujets schizophrènes au niveau de la matière grise du cortex préfrontal dorsolatéral (CPFDL) droit. Enfin, nous avons utilisé des modèles d’équations structurelles, basés sur le modèle stress-vulnérabilité, pour expliciter les liens entre négligence émotionnelle, matière grise et symptomatologie. Ainsi, le meilleur modèle indique que la négligence émotionnelle prédit la densité de matière grise dans le CPFDL, qui elle-même prédit le score de désorganisation . Ces résultats rappellent tout l’intérêt de l’étude de la négligence infantile dans la schizophrénie et suggèrent que les différents types de traumatismes infantiles pourraient avoir des impacts distincts sur le développement cérébral de sujets vulnérables, via des mécanismes spécifiques.

Le “syndrome nerveux des ovins” en Côte-d’Ivoire est assimilable à la “nécrose du cortex cérébral” (NCC) due à une carence en vitamine B1. Tous les symptômes classiques de la NCC ont été observés (ataxie locomotrice suivie de paralysies) et les lésions histologiques de polioencéphalomalacie ont été mises en évidence. En revanche, les circonstances d’apparition de la maladie sont très différentes dans les deux cas : si la NCC est une maladie des jeunes ruminants à l’engrais dans les pays développés, le syndrome nerveux des ovins se manifeste essentiellement, en Côte-d’lvoire, durant la saison sèche, lorsque le pâturage devient sec et rare et que la complémentation alimentaire est insuffisante. La cause principale, relativement univoque, est donc représentée par une dégradation brutale de la valeur nutritionnelle de la ration alimentaire, mais l’étiopathogénie précise de la maladie reste inconnue. Dans un troupeau atteint, 10 à 30 % des animaux peuvent être malades et 80 à 90 % d’entre eux vont mourir. Sur le plan du diagnostic, aucune épreuve biochimique classique n’est suffisamment spécifique pour être retenue pour une confirmation formelle du syndrome nerveux. Il faut cependant signaler que les CK (créatinine kinase) sont très régulièrement augmentées et que les ASAT (aspartate aminotransférase) sont élevées dans 75 % des cas. Le diagnostic formel reste donc basé, dans les conditions actuelles pratiques de terrain en Afrique, sur l’efficacité du traitement avec la vitamine B1 et, pour l’animal mort, sur l’analyse histologique du cerveau.

Le striatum est la principale structure d'entrée des ganglions de la base. Il reçoit deux afférences majeures, l'une glutamatergique provenant du cortex et l'autre dopaminergique. Il est formé à 95 % de neurones de projection striatonigraux (SN) ou striatopallidaux (SP), les autres étant des interneurones cholinergiques ou GABAergiques. Dans le striatum latéral, les interneurones GAGAergiques les plus nombreux sont des interneurones rapides (IR) qui expriment la parvalbumine. Nous avons enregistré les IR dans le striatum du rat anesthésié à l'uréthane et les avons identifiés par la brièveté de leur potentiel d'action et leur aptitude à générer des bouffées. Nous avons montré que les IR inhibent les neurones de projection et restreignent la fenêtre temporelle de leur réponse à une stimulation corticale. La maladie de Parkinson est due à la dégénérescence des neurones dopaminergiques. Les modèles de cette maladie postulent que la lésion dopaminergique inhibe les neurones SN et active les SP. Nous avons enregistré et identifié ces neurones chez le rat rendu hemiparkinsonien par une injection de 6-hydroxydopamine. Chez les rats témoins, les neurones SP et SN présentent une sensibilité identique à la stimulation corticale. Chez les rats lésés, la sensibilité des neurones SN est diminuée alors que celle des SP est augmentée. Nous avons enregistré, et identifié par stimulation antidromique, des neurones corticostriés qui innervent préférentiellement les neurones SN. L'activité spontanée de ces neurones corticaux est diminuée de 51 % par la lésion. Ainsi le déséquilibre striatal a, en partie, une origine corticale. La lésion n'altère pas la sensibilité des IR à la stimulation corticale. Après lésion, l'inhibition des neurones SN par les IR est renforcée et celle des SP est atténuée. Ainsi, les IR ne sont pas à l'origine du déséquilibre striatal, mais ils l'accentuent. Nous avons donc mis en évidence deux mécanismes non dopaminergiques qui expliquent la pathologie striatale.

Le travail présenté dans ce mémoire consistait à étudier avec des modèles murins les propriétés fonctionnelles et dysfonctionnelles du circuit cortico-thalamo-cortical (CTC) afin de comprendre certains aspects des mécanismes qui sous-tendent la schizophrénie (Strasbourg) ainsi que la plasticité neuronale dépendante de l'expérience visuelle (Amsterdam). Leurs possible liens sont discutés. Dans les troubles psychotiques, comme la schizophrénie, sont fréquents des troubles du sommeil, des comportements anormaux, des déficits cognitifs, des anomalies moléculaires et génétiques et des oscillations neurales aberrantes (ou oscillopathies). Par exemple, les oscillations électro-encéphalographiques ou EEG du sommeil (fuseaux et ondes delta) sont diminuées. Les oscillations neurales sont des électro-biomarqueurs de l'état de connectivité au sein de systèmes hautement distribués, qui incluent les voies corticothalamiques (CT) et thalamocorticales (TC). Les oscillopathies peuvent être enregistrées dès la phase prodromique. Grâce à ses propriétés bioélectriques de type oscillatoire, le thalamus joue un rôle central dans le processus et le transfert d'informations spécifiques (sensorielles et motrices) et contextuelles lors des traitements sensori-moteurs, cognitifs et émotionnels ascendants et descendants (connexions fonctionnelles mutuelles entre les structures corticales et sous-corticales). Le traitement et le transfert des informations sont affectés dans la maladie. La plasticité corticale visuelle est, elle-aussi, altérée. De nombreuses évidences cliniques et expérimentales s'accumulent au fil des ans soutenant à la fois l'implication du thalamus et des transmissions glutamatergiques (récepteurs au glutamate de type NMDA) et GABAergiques dans les troubles psychiatriques et la plasticité neuronale. Les modèles pharmacologiques et génétiques de l'antagonisme des récepteurs NMDA reproduisent les symptômes et les oscillopathies enregistrés chez les patients psychiatriques. Une administration systémique unique à une dose subanesthésique de kétamine, un antagoniste non compétitif des récepteurs NMDA du glutamate, reproduit transitoirement, chez l’homme et le rongeur, les oscillopathies avec un tableau clinique rappelant la transition psychotique. Un tel modèle pharmacologique aigu pourrait aider la recherche et le développement de traitements innovants chez des patients avec un état mental à haut risque vers une conversion psychotique
The work presented in this report consisted in studying using rodent models the functional and dysfunctional properties of the cortico-thalamo-cortical (CTC) circuit in order to understand certain aspects of the mechanisms underlying schizophrenia (Strasbourg) as well as the neuronal plasticity that depends on the visual experience (Amsterdam). Their possible links are discussed. In psychotic disorders, such as schizophrenia, sleep disturbances, abnormal behaviors, cognitive deficits, molecular and genetic abnormalities, and aberrant neural oscillations (or oscillopathies) are common. For example, electroencephalographic (EEG) oscillations (spindles and delta waves) during sleep are reduced. Neural oscillations are electro-biomarkers of connectivity state within highly distributed systems, which include corticothalamic (CT) and thalamocortical (TC) pathways. Oscillopathies can be recorded from the prodromal phase. Thanks to its oscillatory-type bioelectric properties, the thalamus plays a central role in the process and transfer of specific (sensory and motor) and contextual information during ascending and descending sensorimotor, cognitive and emotional processing (mutual functional connections between cortical and subcortical structures). Information processing and transfer are affected in the illness. Visual cortical plasticity is also impaired in schizophrenia. Much clinical and experimental evidence has accumulated over the years supporting both the involvement of the thalamus and glutamatergic (NMDA-type glutamate receptors) and GABAergic transmissions in psychiatric disorders and neuronal plasticity. Pharmacological and genetic models of NMDA receptor antagonism reproduce symptoms and oscillopathies recorded in psychiatric patients. A single systemic administration at a subanesthetic dose of ketamine, a noncompetitive NMDA glutamate receptor antagonist, transiently reproduces, in humans and rodents, oscillopathies with a clinical picture reminiscent of psychotic transition. Such an acute pharmacological model could aid the research and development of innovative treatments in patients with a high-risk mental state toward psychotic conversion

La sclérose latérale amyotrophique (SLA) est une maladie se caractérisant par la dégénérescence progressive et conjointe des neurones corticospinaux (NCS) et des motoneurones (MN) bulbaires et spinaux. Des études chez les patients suggèrent une origine corticale et une propagation corticofuge de la pathologie. Cependant, cette hypothèse n’a jamais été démontrée chez les patients SLA ni testée dans les modèles murins. Ces travaux ont permis de tester le rôle des neurones à projections subcérébrales (NPSC) dans le déclenchement et la progression de la SLA chez les souris Sod1G86R. Nous avons alors généré un nouveau modèle murin développant la SLA en absence de NPSC. Les résultats montrent que l’absence de NPSC retarde le déclenchement de la pathologie, prolonge la survie des animaux, tout en réduisant le déclin de leurs capacités motrices. Ces données suggèrent que l’absence de NPSC est bénéfique et que, dans un contexte de SLA, les NPSC seraient donc toxiques et auraient un rôle prépondérant dans le déclenchement et l’établissement de la SLA. Ces travaux montrent l’importance d’inclure l’étude des NCS pour le développement de futures stratégies thérapeutiques
Amyotrophic lateral sclerosis (ALS) is a disease characterized by progressive and combined degeneration of corticospinal neurons (CSN) and bulbar and spinal motoneurons (MN). Studies in patients suggest a cortical origin and a corticofugal spread of the pathology. However, this hypothesis has never been demonstrated in ALS patients nor tested in mouse models. The work of this thesis allowed to test the role of subcerebral projection neurons (SCPN) in the onset and progression of ALS in Sod1G86R mice. To do so, we generated a new mouse model developing ALS in the absence of SCPN. Results show that the absence of SCPN delays the onset of the pathology, prolongs the survival of the animals, while reducing the decline of their motor abilities. These data suggest that the absence of SCPN is beneficial and that, in an ALS context, SCPN would be toxic and have a preponderant role in the onset and establishment of the pathology. This work shows the importance of including the CSN study for the development of future therapeutic strategies

L’acide rétinoïque (AR), dérivé actif de la vitamine A (rétinol) circulante, est une petite molécule lipophile contrôlant divers aspects de la mise en place du système nerveux central des vertébrés. L'AR influence notamment le développement précoce du cerveau antérieur, où il contrôle la prolifération et la survie des cellules progénitrices dans l'épithélium neural prosencéphalique. Le développement neural est un processus qui s'articule en trois grandes étapes : la phase d'expansion latérale (E9,5-E10,5 chez la souris), la phase de neurogenèse (E11,5-stades périnataux) et la phase de gliogenèse (stades périnataux-adulte). Nous avons montré que l'AR produit par les méninges à partir de E13 influence la spécification et la migration neuronale au cours de la phase de neurogenèse. De plus, nos travaux suggèrent un rôle plus précoce de l'AR pour la formation et la prolifération des populations progénitrices et neuronales avant et au début de la phase de neurogenèse. Une combinaison de signaux intrinsèques et extrinsèques contrôle divers aspects du développement neural cortical. Nos travaux placent l'AR parmi ces facteurs modulateurs de la neurogenèse corticale
Retinoic acid (RA), an active vitamin A (retinol) metabolite, is a small lipophilic molecule controlling numerous events during central nervous system development in vertebrates. RA is involved in early forebrain development by controlling cell proliferation and survival in the prosencephalic neuroepithelium. Neural development is a process progressing through three key steps: a phase of lateral expansion (E9.5-E10.5 in the mouse), a phase of neurogenesis (E11.5-perinatal stages) and a gliogenic phase (perinatal stages-adult). My work has shown that RA produced by the developing meninges from E13 influences neuronal specification and migration during the phase of neurogenesis. Moreover, our data suggest an earlier role of RA during the production and proliferation of progenitor and neuronal populations, before and at the onset of the neurogenic phase. A combination of extrinsic and intrinsic signals is required to orchestrate the various aspects of cortical development. RA is likely to be one of such extrinsic factors modulating cortical neurogenesis

Ll est maintenant acquis que les cartes corticales de représentation topographique ne sont pas figées chez l'adulte mais peuvent au contraire se réorganiser en réponse à une modification de l'expérience sensorielle. L'objectif de ce travail a été de caractériser la plasticité corticale induite par une privation sensorielle de 14 jours et d'aborder les mécanismes impliqués dans ce processus. Cette privation est obtenue par la suspension du train postérieur chez le rat. Dans ces conditions, les pieds ne sont plus en contact avec le sol et les récepteurs cutanés ne sont plus activés. Dans un premier temps, nous avons réalisé des enregistrementsélectrophysiologiques extracellulaires dans la couche IV dans l'aire de représentation somatotopique du pied du cortex somesthésique primaire (Sml). La privation sensorielle induit une réduction de la représentation corticale du pied et un élargissement des champs récepteurs cutanés. Ces changements sont réversiblesà, court terme: ± 6h). En outre, le seuil d'excitation des neurones est réduit et l'amplitude de la réponse à la stimulation cutanée est augmentée. Dans un second temps, nous avons étudié les mécanismes à l'origine de cette plasticité. Nous avons montré que: (1) la réorganisation des cartes corticales est soustendue par des mécanismes cholinergiques: l'application d'un antagoniste muscarinique empêche en effet la réorganisation corticale; (2) l'activité des interneurones GABAergiques est diminuée; et (3) les taux d'ARNm et de protéines de NGF sont accrus dans le Sml. Pour le BDNF, seuls les taux ARNm sont augmentés. Ces données soulignent une différence dans la régulation pré-'ou post-traductionnelle de ces neurotrophines. L'ensemble de ces données suggère qu'une modification de l'expérience sensorielle induit un déséquilibre entre influx excitateurs et inhibiteurs au niveau cortical, qui, en association avec une régulation des taux neurotrophiques, favorise l'expression de la plasticité corticale.

La paralysie cérébrale (PC) regroupe un ensemble varié de troubles moteurs, sensoriels et cognitifs, liés à des lésions de la substance blanche (i.e. leucomalacie périventriculaire, PVL) survenant, le plus souvent, après un épisode hypoxo-ischémique autour de la naissance. Afin de reproduire la PVL chez l'animal, nous utilisons une ischémie prénatale (PI) qui induit des lésions des substances blanche et grise. Les rats ischémiés développent des déficits cognitifs visuo-spatiaux et une hyperactivité, également observés chez les patients atteints de PC, liés à des lésions du cortex entorhinal, préfrontal et cingulaire. La PI n'induit que des troubles locomoteurs modérés associés à des signes de spasticité, et une atteinte anatomique et fonctionnelle du cortex somesthésique primaire (S1), tandis que le cortex moteur (M1) reste intact. Ainsi, la PI reproduit les symptômes observés chez les enfants et adultes nés prématurément. La présence de mouvements spontanés anormaux au cours de la 1ère année conduisant à la PC suggère une implication de l'expérience sensorimotrice anormale dans le développement de cette pathologie. La combinaison d'une restriction sensorimotrice (SMR) durant le développement et de la PI induit des troubles cognitifs atténués mais une hyperactivité importante. Les rats combinant PI et SMR présentent des déficits posturo-moteurs drastiques et une spasticité, associés à une dégradation des tissus musculo-squelettiques, comparables à ceux observés chez les patients. Ces troubles moteurs, associés à une désorganisation importante des cartes corticales dans S1 et M1, suggèrent un dysfonctionnement important des boucles d'intégration sensorimotrice
Cerebral palsy (CP) corresponds to various motor, sensory and cognitive disorders related to white matter damage (i.e. periventricular leucomalacia, PVL) often occurring after perinatal hypoxic-ischemic events. To reproduce PVL in rodents, we used a prenatal ischemia (PI) that induces white and gray matter damage. The ischemic rats exhibit visual-spatial cognitive deficits and hyperactivity, as observed in patients with CP, related to lesions of entorhinal, prefrontal and cingular cortices. Only mild locomotor disorders are induced by PI, associated to signs of spasticity, along with anatomical and functional degradation in the primary somatosensory cortex (S1), while the primary motor cortex (M1) remains unchanged. Thus, PI recapitulates the main symptoms found in children born preterm. Abnormal spontaneous movements (i.e. general movements) observed in infants who develop CP later on suggest that abnormal sensorimotor experience during maturation is key in the development of this catastrophic disease. The combination of a sensorimotor restriction (SMR) and PI in animal induces fewer cognitive deficits but still hyperactivity. Such a combination leads to severe postural and motor disorders, and spasticity, associated with musculoskeletal pathologies, as observed in patients with CP. In addition to motor disorders, drastic topographical disorganization of cortical maps in S1 and M1 suggest a major dysfunction of sensorimotor loops

La recherche des variations anatomiques du cortex, complémentaire des investigations fonctionnelles, a été fortement stimulée ces dernières années par le développement des méthodes d'analyse des images cérébrales. Ces nouvelles possibilités ont conduit à la création de vastes projets de cartographie anatomo-fonctionnelle du cerveau humain, comparables par l'ampleur qu'ils pourraient prendre aux projets de cartographie du génome. Durant les années 90, la communauté de la neuroimagerie a choisi d'appréhender ce problème en développant une technique appelée la normalisation spatiale. Il s'agit de doter chaque cerveau d'un système de coordonnées (surfaciques ou volumiques) qui indiquent une localisation dans un cerveau de référence. Ce système s'obtient en déformant chaque nouveau cerveau de manière à l'ajuster autant que possible au cerveau de référence. Cependant, cette morphométrie fond ée sur la technique de normalisation spatiale a des limites. En effet, il est largement admis qu'elle ne permet pas de gérer précisément la très grande variabilité des plissements corticaux et ne donne accès qu'aux différences anatomiques les plus marquées. Ces considérations ont motivé le développement de nouveaux outils de morphométrie, permettant l'analyse ne des structures corticales. Jusqu'à ces dernières années, une telle morphométrie structurelle, prenant en compte les particularités anatomiques individuelles de chaque cortex, était limitée par la difculté et la lourdeur du travail «manuel» à réaliser. Le développement récent de nouveaux outils d'analyse d'images, permettant d'extraire et de reconnaître automatiquement les sillons corticaux des images IRM anatomiques, a modié cet état de fait et a ouvert la voie aux études à grandes échelles de morphométrie structurelle. Cependant, d'un point de vue anatomo-fonctionnel, la structure de base du cortex est le gyrus et non pas le sillon. Or, si la littérature propose maintenant de nombreuses méthodes dédiées aux sillons corticaux, il n'en existe aucune spécifique aux gyri, essentiellement à cause de leur très grande variabilité morphologique. Le premier axe de travail de cette thèse est le développement d'une méthode entièrement automatique pour les segmenter, prenant en compte leur anatomie individuelle. Cette méthode propose un formalisme générique pour définir chaque gyrus à partir d'un ensemble de sillons-frontières le délimitant; un critère de distance, sous-jacent au diagramme de Voronoï utilisé pour parcelliser la surface corticale, permet d'extrapoler cette définition dans les zones où les sillons sont interrompus. L'étude des mécanismes mis en jeu lors du plissement du cortex durant son développement, ante- et post-natal, est un point clé pour analyser et comprendre les variations de l'anatomie corticale, normale ou non, et caractériser ses liens avec le fonctionnement du cerveau. Des travaux récents suggèrent qu'il existerait une proto-organisation sulcale stable, visible sur le cerveau du foeœtus, et qui laisserait une empreinte dans le relief cortical adulte. Pour le deuxième axe de travail de cette thèse, nous avons essayé de recouvrer les traces de ces structures enfouies, les racines sulcales, inscrites dans les plissements corticaux. Nous avons pour cela développé un modèle original du cortex, le primal sketch des courbures, permettant une description multi-échelles et structurelle de la courbure corticale. Cette description est issue d'un lissage surfacique de la carte (2D) de la courbure, obtenu par l'implantation de l'équation de la chaleur, calculée géodésiquement au maillage de la surface corticale. Cette description nous a permis de recouvrer les deux racines sulcales putatives enfouies dans le sillon central, et les quatre racines du sillon temporal supérieur. En parallèle, nous avons initié une étude directe des premiers plis sulcaux à travers la reconstruction tridimensionnel du cerveau foeœtal in utero.

Le présent travail s'inscrit dans le cadre des développements récents des sciences cognitives. Le thème central est la modélisation des propriétés et des fonctions du cortex cérébral. Le but de ce travail est de proposer un cadre formel pour la modélisation et, dans ce cadre, de comparer les processus corticaux lies à l'intégration sensorielle (reconnaissance de formes), à la performance motrice (commande du mouvement) et à l'organisation temporelle du comportement (planification). Le chapitre 1 présente une vue générale des principes de modélisation neuronale venant des modèles connexionnistes. Un cadre de modélisation défini à partir des principes d'organisation du cortex cérébral est décrit dans le chapitre 2. Le but de ce chapitre est de fournir une description formelle de ces principes pour la modélisation. En particulier, une formulation mathématique des propriétés computationnelles des circuits corticaux est exposée. Les chapitres 3, 4 et 5 fournissent une description détaillée de modèles d'intégration visuelle, de performance motrice et d'organisation temporelle du comportement. Le chapitre 3 illustre les transformations de l'information rétinienne pour la reconnaissance de formes et le chapitre 4, les transformations pour le contrôle du mouvement du bras. Le chapitre 5 commence par une revue sur le cortex préfrontal et présente un modèle de réseau de neurones construit à partir des propriétés du cortex préfrontal. Ce modèle prédit les activités neuronales pendant l'apprentissage et l'exécution d'une tache de planification similaire à celle utilise pour les études chez le primate (tache de réponse différée). Le chapitre 6 propose une discussion sur les bases biologiques de la plasticité et sur les règles d'apprentissage utilisées pour modéliser les fonctions corticales. Elle montre que la règle de Hebb n'est pas suffisante pour rendre compte des propriétés adaptatives du cortex. Des extensions de cette règle sont proposées, en particulier pour intégrer le temps dans les phénomènes d'apprentissage synaptique et cellulaire. Une théorie qui relie les règles de plasticité et la spécialisation des régions et des fonctions corticales est exposée comme une synthèse des différents modèles proposés