Effect of sodium loading/depletion on renal oxygenation in young normotensive and hypertensive men

Rapport de synthèse:Le but de cette étude était d'investiguer pour la première fois chez l'homme l'effet du sodium alimentaire et de l'hypertension artérielle sur l'oxygénation tissulaire par une technique spéciale d'imagerie à résonance magnétique nommée 'BOLD-IRM' (Blood Oxygen Level Dependent-IRM). Le BOLD-IRM est une technique nouvelle qui permet de mesurer la bio disponibilité tissulaire d'oxygène de façon non-invasive chez l'homme, en utilisant le déoxyhémoglobine comme produit de contraste endogène.Le rational de cette étude était double. Premièrement, des changements dans l'apport sodique alimentaire devraient théoriquement influencer l'oxygénation tissulaire rénale, étant donné que la réabsorption tubulaire du sodium est un transport actif nécessitant de l'énergie et de l'oxygène. Deuxièmement, des études chez l'animal suggèrent une rôle possible de l'hypoxie tissulaire dans le développement de la néphropathie hypertensive.Nous avons déterminé l'oxygénation rénale avec le BOLD-IRM chez dix hommes normo tendus (âgés de 26.5±7.4 ans) et huit hommes hypertendus non-traités (âgés de 28.8±5.7 ans) une semaine après un régime riche en sel (>200 mmol/jour), et de nouveau une semaine après un régime pauvre en sel (<100 mmol/jour). En parallèle, nous avons mesuré la clearance de l'inuline, du p- aminohippurate (PAH) et du lithium endogène, afin de déterminer respectivement la filtration glomérulaire, le flux sanguin rénal et le 'renal sodium handling', tous des paramètres ayant la capacité d'influencer la consommation et/ou la disponibilité d'oxygène tissulaire. Nous nous attendions d'une côté à une oxygénation rénale diminuée chez les sujets hypertendus par rapport aux sujets normo tendus, et d'une autre côté à une augmentation de l'oxygénation tissulaire rénale après une semaine de régime pauvre en sel par rapport à la phase d'un régime riche en sel.Nous retenons comme résultat principal une augmentation de l'oxygénation rénale médullaire suite à une restriction sodique par rapport à un régime riche en sel chez tous les participants (normo-et hypertendus). Chez les participants normotendus ces changements correlaient avec des changements dans le transport actif du sodium, et ceci indépendamment du flux sanguin rénal. Contrairement à ce qu'on attendait, l'oxygénation rénale médullaire était plus élevé chez les sujets hypertendus par rapport aux sujets normotendus.En résumé, ces observations offrent possiblement une explication pour les bénéfices rénaux liés à un régime pauvre en sel. En plus, la combinaison d'études de clearance et le BOLD- IRM comme utilisé dans cette étude se sont révélés un outil performant et prometteur qui peut stimuler la recherche dans ce domaine.

Metabolic effects of fructose in humans

Abstract : Fructose is a simple sugar, whose consumption has increased over the past decades. In rodents, a high-fructose diet (HFrD) induces several features of the metabolic syndrome. The aim of the studies included in this thesis was to investigate the metabolic effects of a HFrD in humans, with a focus on insulin sensitivity and ectopic fat deposition. Moreover, we addressed the question whether these effects may differ between individuals according to gender and the genetic background. The first study was designed to evaluate the impact of a 4-week HFrD on insulin sensitivity and lipid metabolism in 7 healthy men. Insulin sensitivity, intrahepatocellular lipids (IHCL) and intramyocellular lipids (IMCL) contents were measured before and after 1 and 4 weeks of HFrD (1.5 g fructose/kg body weight/day). Insulin sensitivity was assessed by a 2-step hyperinsulinemic euglycemic clamp. IHCL and IMCL were measured by 1H-magnetic resonance spectroscopy (MRS). Fructose caused significant (P<0.05) increases in fasting plasma concentrations of triacylglycerol (TG) (+36%), VLDL-TG (+72%) and glucose (+6%) without any change in body weight, IHCL, IMCL, and insulin sensitivity. In the second study, muscle biopsies were taken from five of these healthy male subjects before and after 4 weeks of HFrD. mRNA concentrations of 18 genes involved in lipid and carbohydrate metabolism were quantified by real-time quantitative PCR. We found that a 4-week HFrD increased the expression of genes involved in lipid synthesis, while it decreased those involved in insulin sensitivity and lipid oxidation; these molecular changes maybe early markers of insulin resistance and altered lipid metabolism. The third study aimed at delineating whether male and females equally respond to a HFrD. For this purpose, higher doses of fructose (twice the dose of the previous study) were provided to 8 healthy young males and 8 healthy young females over 6 days. HFrD significantly increased fasting TG in males (+71 %), whereas this increase was markedly blunted in females (+16%). Males also developed hepatic insulin resistance, characterized by increased hepatic glucose output (+12%), and showed higher alanine aminotransferase concentration (+38%), but none of these effect was observed in females. This study suggests that short-term HFrD leads to hypertriglyceridemia and hepatic insulin resistance in men, but premenopausal women seem protected against these effects. Finally, the fourth study investigated whether healthy offspring of type 2 diabetic patients (OffT2D), a subgroup of individuals prone to metabolic disorders due to their genetic background, may have exacerbated response to HFrD. Eight healthy males (Ctrl) and 16 OffT2D received a HFrD and isocaloric diet in a randomized order. In both groups, HFrD significantly increased IHCL (Ctrl: +76%; OffT2D: +79%) and fasting plasma VLDL-TG (Ctrl: +51 %; OffT2D: +110%). In absolute values, these increments were significantly higher in OffT2D, suggesting that these individuals may be more prone to developing metabolic disorders when challenged by high fructose intake. In order to better delineate the specific effects of fructose vs the hypercaloric energy content, we repeated the complete metabolic investigations after an isocaloric high glucose diet in four of the eight Ctrl volunteers. After a high glucose diet, TG and IHCL concentrations remained similar to the control values, in contrast to the marked increases observed after the HFrD. In conclusion, the studies included in this thesis provided novel insights into the metabolic effects of fructose in humans. They showed that fructose may rapidly increase fasting VLDL-TG, IHCL and lead to hepatic insulin resistance; these effects seem specific to fructose, and potential mechanisms may involve both stimulation of hepatic de novo lipogenesis and decreased lipid oxidation. Moreover, the results suggest that women seem protected against such deleterious effects, while OffT2D displayed exacerbated response. Résumé : Le fructose est un sucre simple, dont la consommation a augmenté durant les dernières décennies. Dans les modèles animaux, un régime riche en fructose (RRFru) peut induire plusieurs composantes du syndrome métabolique. Le but de cette thèse était d'étudier les effets d'un régime riche en fructose sur la sensibilité à l'insuline et la déposition de lipides ectopiques chez l'humain, et si ces effets variaient selon le genre ou le background génétique. La première étude avait pour but d'évaluer l'effet d'un RRFru d'une durée de 4 semaines sur la sensibilité à l'insuline et le métabolisme des lipides chez des hommes sains. La sensibilité à l'insuline, les lipides intrahépatiques (IHCL) et intramusculaires (IMCL) ont été mesurés avant, et après 1 et 4 semaines du RRFru (1.5 g fructose/kg/jour). La sensibilité à l'insuline a été déterminée par un clamp hyperinsulinémique euglycémique, et les IHCL/IMCL par spectroscopie à résonnance magnétique. Le fructose a augmenté les concentrations plasmatiques à jeun des VLDL- triglycérides (TG) (+72%) et de glucose (+6%), sans induire de changement au niveau de la sensibilité à l'insuline, IHCL ou IMCL. Dans la deuxième étude, des biopsies de muscle squelettique ont été prélevées chez cinq de ces volontaires avant et après les 4 semaines de RRFru. Les concentrations de mRNA de 18 gènes impliqués dans le métabolisme des lipides et des hydrates de carbone ont été mesurées par RT-PCR quantitative. Le RRFru a augmenté l'expression de gènes impliqués dans la synthèse de lipides, et diminué celles de gènes impliqués dans la sensibilité à l'insuline et l'oxydation de lipides. Ces changements pourraient constituer des altérations précoces de la sensibilité à l'insuline et du métabolisme lipidique en réponse au fructose. La troisième étude avait pour but de définir si les réponses au RRFru étaient semblables entre les hommes et les femmes. Pour ceci, des doses plus élevées de fructose ont été administrées à 8 jeunes hommes et 8 jeunes femmes durant 6 jours. Le RRFru a augmenté les TG chez les hommes (+71 %), et de manière nettement plus modeste chez les femmes (+16%). Les hommes ont développé une résistance hépatique à l'insuline, ainsi qu'une augmentation des concentrations d'alanine aminotransférase (+38%), mais aucun de ces effets n'a été observé chez les femmes. Cette étude suggère qu'à court terme, un RRFru mène à une hypertriglycéridémie et résistance hépatique à l'insuline chez l'homme, tandis que les femmes semblent en être protégées. Finalement, la 4ème étude a investigué si des personnes apparentées à des patients diabétiques de type 2 (AppDT2), qui constituent un groupe d'individus à risque de développer des maladies métaboliques en raison de leur background génétique, avaient des réponses plus marquées au RRFru. Huit hommes sains (Ctrl) et 16 AppDT2 on reçu dans un ordre randomisé un RRFru et une diète isocalorique durant 6 jours. Dans les deux groupes, le RRFru a augmenté significativement les IHCL (Ctrl: +76%; AppDT2: +79%) et les VLDL-TG plasmatiques à jeun (Ctrl: +51%; AppDT2: +110%). En valeurs absolues, ces deux augmentations étaient plus importantes dans le groupe des AppDT2, suggérant que ces individus sont plus à risque de développer des problèmes métaboliques suite à un apport de fructose. Afin de définir les effets spécifiques du fructose, quatre des huit sujets Ctrl ont été soumis à un régime riche en glucose. Après le régime riche en glucose, les concentrations de TG et d'IHCL étaient semblables aux valeurs obtenues après une diète isocalorique, contrairement aux nombreux effets observés après le RRFru. En conclusion, ces différentes études ont démontré que chez l'humain, le fructose peut rapidement induire une augmentation des VLDL-TG à jeun, des IHCL et une résistance hépatique à l'insuline ; ces effets semblent être spécifiques au fructose. De plus, les différents résultats obtenus montrent que les femmes développent des effets moindres en réponse au fructose, contrairement aux AppDT2, chez qui les effets du fructose semblent plus marqués. Résumé grand public : Le fructose est un sucre simple, présent naturellement et en faibles quantités dans les fruits, mais également constituant du sucrose - appelé aussi sucre de table. Depuis les années 1970, la consommation de fructose a augmenté dans les pays industrialisés et émergents, principalement par le biais d'une hausse de consommation de boissons sucrées de type soda. Dans des modèles animaux tels que les rongeurs, un régime riche en fructose mène au développement de plusieurs facteurs de risques étroitement liés aux maladies cardiovasculaires, à l'obésité et au diabète de type 2; ceux-ci sont caractérisés par une augmentation des concentrations de glucose et de lipides sanguins, ainsi qu'une accumulation de lipides dits « ectopiques », à savoir dans le foie et les muscles. Le but de cette thèse était de définir les effets d'un régime riche en fructose chez l'être humain. De plus, nous nous sommes intéressés à savoir si ces effets étaient semblables entre différents groupes d'individus, à savoir des personnes de sexe masculin / féminin, ou des personnes dont au moins un des parents est diabétique de type 2. Pour ceci, différents groupes de volontaires (hommes, femmes, avec histoire familiale de diabète de type 2) âgés de 18-30 ans se sont soumis à une alimentation enrichie en fructose, d'une durée allant de 6 à 28 jours, suivant l'étude à laquelle ils participaient. La quantité de fructose consommée en plus de l'alimentation normale durant ces périodes équivalait au contenu en fructose de 2-4 litres de boissons sucrées par jour. Des prises de sang ont été effectuées au terme de chacun de ces différents régimes, ainsi que des mesures de sensibilité à l'insuline et de concentrations de lipides dans le foie et le muscle par résonnance magnétique nucléaire, en collaboration avec l'Hôpital de l'Ile de Berne. Les résultats montrent qu'après 6 jours de régime riche en fructose, les volontaires sains de sexe masculin ont presque doublé leurs concentrations de lipides sanguins et hépatiques. De plus, le foie de ces volontaires réagissait moins bien à l'insuline, ce qui pourrait mener à long terme à des maladies métaboliques comme le diabète de type 2. Un des mécanismes postulés est que le fructose pourrait stimuler la formation de lipides dans le foie, contribuant ainsi à un dysfonctionnement de cet organe. De manière surprenante, des femmes d'âge et d'IMC (Indice de Masse Corporelle) comparables aux hommes étudiés n'ont pas développé ces différents effets en réponse au régime riche en fructose. Il semblerait donc qu'elles possèdent certaines propriétés pouvant les «protéger », du moins à court terme, des problèmes métaboliques induits par le fructose. De tels mécanismes sont pour l'heure inconnus, mais il est possible que des différences hormonales, ou de répartition de la masse graisseuse dans le corps, puissent jouer un rôle. Enfin, nous avons également démontré que chez certaines personnes ayant au moins un parent (père ou mère) diabétique de type 2, les augmentations de lipides sanguins et hépatiques induits par le fructose étaient plus marquées que chez des volontaires sans parents diabétiques. Ceci est néanmoins à tempérer par le fait que nous avons observé une grande hétérogénéité des réponses parmi ces individus, découlant certainement d'interactions complexes entre différents facteurs tels que la génétique, le mode de vie, l'alimentation et l'activité physique. Ces différents résultats donnent lieu à une meilleure compréhension du rôle de facteurs alimentaires dans le développement de problèmes métaboliques tels que le diabète de type 2. Ils vont également permettre de tester différentes approches thérapeutiques. Bien qu'ayant été obtenus avec des doses de fructose importantes, ces études soulignent l'effet potentiellement dangereux pour la santé d'une alimentation riche en sucres.

Segmentation automatique de la matière grise et de la matière blanche par un algorithme génétique : une étude de validation

Résumé Objectif: l'observation des variations de volume de la matière grise (MG), de la matière blanche (MB), et du liquide céphalo-rachidien (LCR) est particulièrement utile dans l'étude de nombreux processus physiopathologiques, la mesure quantitative 'in vivo' de ces volumes présente un intérêt considérable tant en recherche qu'en pratique clinique. Cette étude présente et valide une méthode de segmentation automatique du cerveau avec mesure des volumes de MG et MB sur des images de résonance magnétique. Matériel et Méthode: nous utilisons un algorithme génétique automatique pour segmenter le cerveau en MG, MB et LCR à partir d'images tri-dimensionnelles de résonance magnétique en pondération Ti. Une étude morphométrique a été conduite sur 136 sujets hommes et femmes de 15 à 74 ans. L'algorithme a ensuite été validé par 5 approches différentes: I. Comparaison de mesures de volume sur un cerveau de cadavre par méthode automatique et par mesure de déplacement d'eau selon la méthode d'Archimède. 2. Comparaison de mesures surfaces sur des images bidimensionnelles segmentées soit par un traçage manuel soit par la méthode automatique. 3. Evaluation de la fiabilité de la segmentation par acquisitions et segmentations itératives du même cerveau. 4. Les volumes de MG, MB et LCR ont été utilisés pour une étude du vieillissement normal de la population. 5. Comparaison avec les données existantes de la littérature. Résultats: nous avons pu observer une variation de la mesure de 4.17% supplémentaire entre le volume d'un cerveau de cadavre mesuré par la méthode d'Archimède, en majeure partie due à la persistance de tissus après dissection_ La comparaison des méthodes de comptage manuel de surface avec la méthode automatique n'a pas montré de variation significative. L'épreuve du repositionnement du même sujet à diverses reprises montre une très bonne fiabilité avec une déviation standard de 0.46% pour la MG, 1.02% pour la MB et 3.59% pour le LCR, soit 0.19% pour le volume intracrânien total (VICT). L'étude morphométrique corrobore les résultats des études anatomiques et radiologiques existantes. Conclusion: la segmentation du cerveau par un algorithme génétique permet une mesure 100% automatique, fiable et rapide des volumes cérébraux in vivo chez l'individu normal.

Interaction between dietary lipids an physical inactivity on insulin sensitivity and on intramyocellular lipids in healthy men

Résumé Interaction entre les lipides alimentaires et l'inactivité physique sur la sensibilité à l'insuline et les lipides intramyocellulaires chez le sujet masculin en bonne santé Ces deux dernières décennies, l'incidence de la résistance à l'insuline n'a cessé de progresser dans les pays industrialisés. Un grand nombre de travaux suggèrent que ce trouble métabolique joue un rôle important dans la pathogenèse de maladies propres au monde industrialisé, telles que le diabète, l'hypertension et les maladies cardiovasculaires. Malgré de nombreuses études, les mécanismes à l'origine de la résistance à l'insuline restent encore incomplètement élucidés. En plus d'une composante génétique, de nombreux facteurs environnementaux semblent impliqués parmi ces derniers, nous nous sommes intéressés à l'effet d'une alimentation riche en graisses associée à une période d'inactivité physique de courte durée. Nous nous sommes également penchés sur la corrélation décrite entre la résistance à l'insuline et la concentration de graisses présentes à l'intérieur des cellules musculaires squelettiques, appelées lipides intramyocellulaires. Pour ce faire, 8 volontaires masculins ont été étudiés à deux occasions. Après deux jours de diète équilibrée associée à une activité physique, les participants étaient confinés au lit strict pour 60 heures et devaient manger une alimentation soit riche en graisses saturées soit riche en hydrates de carbones. Pour évaluer l'effet de l'alimentation seule, 6 des 8 volontaires ont été réétudiés après deux jours de diète équilibrée suivie par 60 heures d'alimentation riche en graisses saturées associées à une activité physique contrôlée. Nous avons estimé la sensibilité à l'insuline par la technique du clamp hyperinsulinémique euglycémique alors que la concentration de lipides intramyocellulaires a été déterminée par spectroscopie par résonance magnétique. Après 60 heures d'inactivité physique associée à une alimentation riche en lipides, nous avons observé une diminution de l'utilisation de glucose dépendante de l'insuline (-24±6%; p<0.05), alors qu'aucune modification significative de ce même paramètre n'a été constatée lorsque l'inactivité physique était associée à une alimentation riche en hydrates de carbones (+19±10%). Ces deux conditions se sont accompagnées d'une augmentation des lipides intramyocellulaires (+32±7% et +17±8% respectivement). Bien que l'augmentation des lipides intramyocellulaires observée après 60 heures d'une alimentation riche en graisses saturées associée à une activité physique modérée fût d'une ampleur similaire à celle de la condition associant une alimentation riche en graisses et inactivité physique, l'utilisation de glucose induite par l'insuline n'a pas été modifiée de manière significative (-7±9%) Ces résultats indiquent que l'inactivité physique et une alimentation riche en graisses saturées semblent interagir, induisant une diminution de la sensibilité à l'insuline globale. La concentration de lipides intramyocellulaires a été influencée par les lipides issus de l'alimentation et l'inactivité physique, sans être toutefois corrélée à la résistance à l'insuline. Abstract OBJECTIVE - To assess the effect of a possible interaction between dietary fat and physical inactivity on whole-body insulin sensitivity and intramyocellular lipids (IMCLs). RESEARCH DESIGN AND METHODS - Eight healthy male volunteers were studied on two occasions. After 2 days of an equilibrated diet and moderate physical activity, participants remained inactive (bed rest) for 60 h and consumed either a high-saturated fat (45% fat, of which ~60% was saturated fat [BR-HF]) or a high-carbohydrate (70% carbohydrate [BR-HCHO]) diet. To evaluate the effect of a high-fat diet alone, six of the eight volunteers were restudied after a 2-day equilibrated diet followed by 60 h on a high-saturated fat diet and controlled physical activity (PA-HF). Insulin sensitivity was measured by hyperinsulinemic-euglycemic clamp and IMCL concentrations by H-magnetic resonance spectroscopy. RESULTS - Insulin-mediated glucose disposal was decreased by BR-HF condition (-24 ± 6%, P < 0.05) but did not change with BR-HCHO ( + 19 ± 10%, NS). BR-HF and BR-HCHO increased IMCL levels (+32 ± 7%, P < 0.05 and +17 ± 8%, P < 0.0011, respectively). Although the increase in IMCL levels with PA-HF (+31 ± 19%, P = 0.12) was similar to that during BR-HF, insulin-mediated glucose disposal ( -7 ± 9%, NS) was not decreased. CONCLUSIONS - These data indicate that physical inactivity and a high-saturated fat diet may interact to reduce whole-body insulin sensitivity. IMCL content was influenced by dietary lipid and physical inactivity but was not directly associated with insulin resistance.

Functional MRI Mapping of the Human Auditory Cortex

Mapping the human auditory cortex with standard functional imaging techniques is difficult because of its small size and angular position along the Sylvian fissure. As a result, the exact number and location of auditory cortex areas in the human remains unknown. In a first experiment, we measured the two largest tonotopic areas of primary auditory cortex (PAC, Al and R) using high-resolution functional MRI at 7 Tesla relative to the underlying anatomy of Heschl's gyrus (HG). The data reveals a clear anatomical- functional relationship that indicates the location of PAC across the range of common morphological variants of HG (single gyri, partial duplication and complete duplication). Human PAC tonotopic areas are oriented along an oblique posterior-to-anterior axis with mirror-symmetric frequency gradients perpendicular to HG, as in the macaque. In a second experiment, we tested whether these primary frequency-tuned units were modulated by selective attention to preferred vs. non-preferred sound frequencies in the dynamic manner needed to account for human listening abilities in noisy environments, such as cocktail parties or busy streets. We used a dual-stream selective attention experiment where subjects attended to one of two competing tonal streams presented simultaneously to different ears. Attention to low-frequency tones (250 Hz) enhanced neural responses within low-frequency-tuned voxels relative to high (4000 Hz), and vice versa when at-tention switched from high to low. Human PAC is able to tune into attended frequency channels and can switch frequencies on demand, like a radio. In a third experiment, we investigated repetition suppression effects to environmental sounds within primary and non-primary early-stage auditory areas, identified with the tonotopic mapping design. Repeated presentations of sounds from the same sources, as compared to different sources, gave repetition suppression effects within posterior and medial non-primary areas of the right hemisphere, reflecting their potential involvement in semantic representations. These three studies were conducted at 7 Tesla with high-resolution imaging. However, 7 Tesla scanners are, for the moment, not yet used for clinical diagnosis and mostly reside in institutions external to hospitals. Thus, hospital-based clinical functional and structural studies are mainly performed using lower field systems (1.5 or 3 Tesla). In a fourth experiment, we acquired tonotopic maps at 3 and 7 Tesla and evaluated the consistency of a tonotopic mapping paradigm between scanners. Mirror-symmetric gradients within PAC were highly similar at 7 and 3 Tesla across renderings at different spatial resolutions. We concluded that the tonotopic mapping paradigm is robust and suitable for definition of primary tonotopic areas, also at 3 Tesla. Finally, in a fifth study, we considered whether focal brain lesions alter tonotopic representations in the intact ipsi- and contralesional primary auditory cortex in three patients with hemispheric or cerebellar lesions, without and with auditory complaints. We found evidence for tonotopic reorganisation at the level of the primary auditory cortex in cases of brain lesions independently of auditory complaints. Overall, these results reflect a certain degree of plasticity within primary auditory cortex in different populations of subjects, assessed at different field strengths. - La cartographie du cortex auditif chez l'humain est difficile à réaliser avec des techniques d'imagerie fonctionnelle standard, étant donné sa petite taille et position angulaire le long de la fissure sylvienne. En conséquence, le nombre et l'emplacement exacts des différentes aires du cortex auditif restent inconnus chez l'homme. Lors d'une première expérience, nous avons mesuré, avec de l'imagerie par résonance magnétique à haute intensité (IRMf à 7 Tesla) chez des sujets humains sains, deux larges aires au sein du cortex auditif primaire (PAC; Al et R) avec une représentation spécifique des fréquences pures préférées - ou tonotopie. Nos résultats ont démontré une relation anatomico- fonctionnelle qui définit clairement la position du PAC à travers toutes les variantes du gyrus d'Heschl's (HG). Les aires tonotopiques du PAC humain sont orientées le long d'un axe postéro-antérieur oblique avec des gradients de fréquences spécifiques perpendiculaires à HG, d'une manière similaire à celles mesurées chez le singe. Dans une deuxième expérience, nous avons testé si ces aires primaires pouvaient être modulées, de façon dynamique, par une attention sélective pour des fréquences préférées par rapport à celles non-préférées. Cette modulation est primordiale lors d'interactions sociales chez l'humain en présence de bruits distracteurs tels que d'autres discussions ou un environnement sonore nuisible (comme par exemple, dans la circulation routière). Dans cette étude, nous avons utilisé une expérience d'attention sélective où le sujet devait être attentif à une des deux voies sonores présentées simultanément à chaque oreille. Lorsque le sujet portait était attentif aux sons de basses fréquences (250 Hz), la réponse neuronale relative à ces fréquences augmentait par rapport à celle des hautes fréquences (4000 Hz), et vice versa lorsque l'attention passait des hautes aux basses fréquences. De ce fait, nous pouvons dire que PAC est capable de focaliser sur la fréquence attendue et de changer de canal selon la demande, comme une radio. Lors d'une troisième expérience, nous avons étudié les effets de suppression due à la répétition de sons environnementaux dans les aires auditives primaires et non-primaires, d'abord identifiées via le protocole de la première étude. La présentation répétée de sons provenant de la même source sonore, par rapport à de sons de différentes sources sonores, a induit un effet de suppression dans les aires postérieures et médiales auditives non-primaires de l'hémisphère droite, reflétant une implication de ces aires dans la représentation de la catégorie sémantique. Ces trois études ont été réalisées avec de l'imagerie à haute résolution à 7 Tesla. Cependant, les scanners 7 Tesla ne sont pour le moment utilisés que pour de la recherche fondamentale, principalement dans des institutions externes, parfois proches du patient mais pas directement à son chevet. L'imagerie fonctionnelle et structurelle clinique se fait actuellement principalement avec des infrastructures cliniques à 1.5 ou 3 Tesla. Dans le cadre dune quatrième expérience, nous avons avons évalués la cohérence du paradigme de cartographie tonotopique à travers différents scanners (3 et 7 Tesla) chez les mêmes sujets. Nos résultats démontrent des gradients de fréquences définissant PAC très similaires à 3 et 7 Tesla. De ce fait, notre paradigme de définition des aires primaires auditives est robuste et applicable cliniquement. Finalement, nous avons évalués l'impact de lésions focales sur les représentations tonotopiques des aires auditives primaires des hémisphères intactes contralésionales et ipsilésionales chez trois patients avec des lésions hémisphériques ou cérébélleuses avec ou sans plaintes auditives. Nous avons trouvé l'évidence d'une certaine réorganisation des représentations topographiques au niveau de PAC dans le cas de lésions cérébrales indépendamment des plaintes auditives. En conclusion, nos résultats démontrent une certaine plasticité du cortex auditif primaire avec différentes populations de sujets et différents champs magnétiques.

MDCT Arthrography of the Hip: Value of the Adaptive Statistical Iterative Reconstruction Technique and Potential for Radiation Dose Reduction

Au cours des deux dernières décennies, la technique d'imagerie arthro-scanner a bénéficié de nombreux progrès technologiques et représente aujourd'hui une excellente alternative à l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et / ou arthro-IRM dans l'évaluation des pathologies de la hanche. Cependant, elle reste limitée par l'exposition aux rayonnements ionisants importante. Les techniques de reconstruction itérative (IR) ont récemment été mis en oeuvre avec succès en imagerie ; la littérature montre que l'utilisation ces dernières contribue à réduire la dose d'environ 40 à 55%, comparativement aux protocoles courants utilisant la rétroprojection filtrée (FBP), en scanner de rachis. A notre connaissance, l'utilisation de techniques IR en arthro-scanner de hanche n'a pas été évaluée jusqu'à présent. Le but de notre étude était d'évaluer l'impact de la technique ASIR (GE Healthcare) sur la qualité de l'image objective et subjective en arthro-scanner de hanche, et d'évaluer son potentiel en terme de réduction de dose. Pour cela, trente sept patients examinés par arthro-scanner de hanche ont été randomisés en trois groupes : dose standard (CTDIvol = 38,4 mGy) et deux groupes de dose réduite (CTDIvol = 24,6 ou 15,4 mGy). Les images ont été reconstruites en rétroprojection filtrée (FBP) puis en appliquant différents pourcentages croissants d'ASIR (30, 50, 70 et 90%). Le bruit et le rapport contraste sur bruit (CNR) ont été mesurés. Deux radiologues spécialisés en imagerie musculo-squelettique ont évalué de manière indépendante la qualité de l'image au niveau de plusieurs structures anatomiques en utilisant une échelle de quatre grades. Ils ont également évalué les lésions labrales et du cartilage articulaire. Les résultats révèlent que le bruit augmente (p = 0,0009) et le CNR diminue (p = 0,001) de manière significative lorsque la dose diminue. A l'inverse, le bruit diminue (p = 0,0001) et le contraste sur bruit augmente (p < 0,003) de manière significative lorsque le pourcentage d'ASIR augmente ; on trouve également une augmentation significative des scores de la qualité de l'image pour le labrum, le cartilage, l'os sous-chondral, la qualité de l'image globale (au delà de ASIR 50%), ainsi que le bruit (p < 0,04), et une réduction significative pour l'os trabuculaire et les muscles (p < 0,03). Indépendamment du niveau de dose, il n'y a pas de différence significative pour la détection et la caractérisation des lésions labrales (n=24, p = 1) et des lésions cartilagineuses (n=40, p > 0,89) en fonction du pourcentage d'ASIR. Notre travail a permis de montrer que l'utilisation de plus de 50% d'ASIR permet de reduire de manière significative la dose d'irradiation reçue par le patient lors d'un arthro-scanner de hanche tout en maintenant une qualité d'image diagnostique comparable par rapport à un protocole de dose standard utilisant la rétroprojection filtrée.

Solid pseudopapillary tumor of the pancreas in children : typical radiological findings and pathological correlation

Introduction : Les tumeurs solides pseudo-papillaires du pancréas (SPT) sont des tumeurs rares, d'étiopathogénie encore incertaine.Le but de notre travail était de décrire les caractéristiques radiologiques des SPT dans le groupe d'âge pédiatrique et d'étudier leur corrélation avec les études anatomopathologiques en vue d'établir un diagnostic.Patients et Méthodes : Nous avons étudié rétrospectivement trois malades pédiatriques pour lesquelles le diagnostic de tumeur solide pseudo-papillaire du pancréas a été porté à l'examen d'une pièce opératoire. Ce groupe comprenait 3 jeunes filles et femmes (âge médian: 13 ans).Résultats : La tumeur a été découverte pendant le bilan de symptômes digestifs non spécifiques. Les examens biologiques n'étaient pas informatifs. Des investigations radiologiques complètes ont été réalisées y compris les ultrasons (US), la tomodensitométrie (CT) et l'imagerie par résonance magnétique (IRM).Celles-ci ont montré de volumineuses lésions nodulaires, peu vascularisées, de compositions habituellement hétérogènes, avec des composantes kystiques et hémorragiques identifiées dans les 3 cas. Un traitement chirurgical a été pratiqué chez toute les patientes. L'étude de la pièce opératoire a montré une tumeur encapsulée dans les 3 cas. Aucune métastase n'a été mise en évidence.Conclusion : Les SPT doivent être considérées dans le diagnostic différentiel des masses pancréatiques pédiatriques, en particulier chez les adolescentes. Certaines caractéristiques radiologiques comme des masses volumineuses bien circonscrites, des lésions hétérogènes avec des zones kystiques et hémorragiques, de plus entourées d'une pseudocapsule fibreuse réactive, suggèrent fortement le diagnostic de SPT. Celui-ci devrait ensuite être confirmé par une biopsie avant que la résection chirurgicale soit effectuée. Chez les enfants, Γ écho graphie abdominale reste la méthode de première intention, suivie par l'IRM comme technique d'imagerie de choix pour évaluer les caractéristiques et l'extension de la lésion, tout en évitant l'exposition des patients aux rayonnements ionisants.

Imagerie de diffusion hépatique : facteurs prédictifs du « T2 shine-through effect » dans l'hémangiome hépatique.

Objectifs: Déterminer la fréquence et les facteurs prédictifs de l'effet T2 shine-through (T2st) dans l'hémangiome hépatique (HH). Matériels et méthodes: Entre janvier 2010 et novembre 2011, l'imagerie par résonance magnétique (IRM) du foie de 149 patients avec 400 HH a été revue rétrospectivement. Les caractéristiques lésionnelles : taille, localisation, signal et aspect en T1, T2 et diffusion, T2st, coefficient apparent de diffusion de l'HH et du foie (ADChh et ADCf) et type de rehaussement ont été évalués. Résultats: Le T2st était observé dans 53 % des HH. Sa présence était corrélée positivement avec la taille (p=0,046) et négativement avec ADChh et ADCf (p<0,0001, p=0,021). Le T2st était plus fréquent dans le lobe gauche vs droit (p=0,038), et dans les HH typiques (hypersignal T2 et rehaussement en mottes, p=0,0043). L'analyse multivariée retrouvait comme facteurs indépendants de la présence d'un T2st : ADChh et le type de rehaussement. Conclusion: Le T2st est fréquemment observé dans les HH et notamment les formes typiques. Sa présence ne remet pas en question le diagnostic dans les formes typiques.

Subthalamic nucleus deep brain stimulation for Parkinson's disease : "Are we where we think we are ?

ABSTRACT High frequency electrical deep brain stimulation (DBS) of the subthalamic nucleus (STN) is a worldwide recognized therapy for the motor symptoms of Parkinson's disease in fluctuating patients who are progressively disabled despite medical treatment adjustments. However, such improvements emerge despite a lack of understanding of either the precise role of STN in human motor control or the mechanism(s) of action of DBS. Through the question "are we where we think we are", this thesis is first dedicated to the control of the position of the preoperatively defined target and of the implanted electrodes on magnetic resonance imaging (MRI). This anatomical approach will provide a way to identify more precisely the structure(s) involved by electrical stimulation. Then, a study of the correlation existing between the position of the preoperative target and the position of the electrode is performed. In this part, a unique opportunity is given to identify factors that may affect these correlation results. Finally, the whole work represents a « quality assessment » of the crucial steps of STN DBS: first, the target and the implanted electrode localisation procedures that have been developed in collaboration with the Radiological department; second the implantation procedure that has been performed nowadays on more than 50 parkinsonian patients in the Neurosurgical department of the Centre Hospitalier Universitaire Vaudois in collaboration with the Neurological department. This work is especially addressed to the multidisciplinary medical team involved in the surgical treatment of movement disorders, including also neurophysiologists, neuropsychologists and psychiatrists. RESUME La stimulation électrique à haute fréquence du noyau sous-thalamique est à ce jour mondialement reconnue pour le traitement des symptômes moteurs de la maladie de Parkinson chez des patients sévèrement atteints et chez qui la réponse fluctuante au traitement médicamenteux ne peut être améliorée de façon satisfaisante. Cependant, les résultats observés surviennent malgré une compréhension approximative et controversée du rôle réel du noyau sous-thalamique dans le contrôle du mouvement volontaire aussi bien que des mécanismes d'action de la stimulation cérébrale profonde. A travers la question « sommes-nous où nous pensons être », cette thèse est tout d'abord consacrée à l'étude du contrôle de la position de la cible définie avant l'intervention et de la position des électrodes implantées sur l'imagerie par résonance magnétique (IRM). Cette approche anatomique permettra d'identifier plus précisément la (les) structure(s) influencées par la stimulation électrique. Ensuite, une étude de la corrélation existant entre la position de la cible préopératoire et la position des électrodes implantées est effectuée. Elle a pour but de mettre en évidence les facteurs influençant les résultats de cette corrélation. Enfin, le travail dans son ensemble est un « contrôle de qualité » des étapes cruciales de la stimulation du noyau sous-thalamique : premièrement, des méthodes de localisation de la cible et des électrodes implantées effectuées sur IRM, développées en collaboration avec le service de Radiologie ; deuxièmement, de la méthode d'implantation utilisée à ce jour chez plus de 50 patients dans le service de Neurochirurgie du Centre Hospitalier Universitaire Vaudois en collaboration avec le service de Neurologie. Ce travail s'adresse spécialement aux équipes médicales pluridisciplinaires impliquées dans le traitement chirurgical des mouvements anormaux, incluant également des neurophysiologistes, des neuropsychologues et des psychiatres.

Quality of assessement of CMR images in the setting of the European cardiovascular magnetic resonance registry : description and validation of standardized criteria

l'imagerie par résonance magnétique (IRMC) est une technologie utilisée depuis les aimées quatre¬-vingts dans le monde de la cardiologie. Cette technique d'imagerie non-invasive permet d'acquérir Ses images du coeur en trois dimensions, dans n'importe quel, plan, sans application de radiation, et en haute résolution. Actuellement, cette technique est devenue un référence dans l'évaluation et 'l'investigation de différentes pathologies cardiaques. La morphologie cardiaque, la fonction des ventricules ainsi que leur contraction, la perfusion tissulaire ainsi que la viabilité tissulaire peuvent être caractérisés en utilisant différentes séquences d'imagerie. Cependant, cette technologie repose sur des principes physiques complexes et la mise en pratique de cette technique se heurte à la difficulté d'évaluer un organe en mouvement permanent. L'IRM cardiaque est donc sujette à différents artefacts qui perturbent l'interprétation des examens et peuvent diminuer la précision diagnostique de cette technique. A notre connaissance, la plupart des images d'IRMC sont analysées et interprétées sans évaluation rigoureuse de la qualité intrinsèque de l'examen. Jusqu'à présent, et à notre connaissance, aucun critère d'évaluation de la qualité des examens d'IRMC n'a été clairement déterminé. L'équipe d'IRMC du CHUV, dirigée par le Prof J. Schwitter, a recensé une liste de 35 critères qualitatifs et 12 critères quantitatifs évaluant la qualité d'un examen d'IRMC et les a introduit dans une grille d'évaluation. L'objet de cette étude est de décrire et de valider la reproductibilité des critères figurant dans cette grille d'évaluation, par l'interprétation simultanée d'examens IRMC par différents observateurs (cardiologues spécialisés en IRM, étudiant en médecine, infirmière spécialisée). Notre étude a permis de démontrer que les critères définis pour l'évaluation des examens d'IRMC sont robustes, et permettent une bonne reproductibilité intra- et inter-observateurs. Cette étude valide ainsi l'utilisation de ces critères de qualité dans le cadre de l'imagerie par résonance magnétique cardiaque. D'autres études sont encore nécessaires afin de déterminer l'impact de la qualité de l'image sur la précision diagnostique de cette technique. Les critères standardisés que nous avons validés seront utilisés pour évaluer la qualité des images dans le cadre d'une étude à échelle européenne relative à l'IRMC : "l'EuroCMR registry". Parmi les autres utilités visées par ces critères de qualité, citons notamment la possibilité d'avoir une référence d'évaluation de la qualité d'examen pour toutes les futures études cliniques utilisant la technologie d'IRMC, de permettre aux centres d'IRMC de quantifier leur niveau de qualité, voire de créer un certificat de standard de qualité pour ces centres, d'évaluer la reproductibilité de l'évaluation des images par différents observateurs d'un même centre, ou encore d'évaluer précisément la qualité des séquences développées à l'avenir dans le monde de l'IRMC.

Perfusion and diffusion MRI of glioblastoma progression in a four-year prospective temozolomide clinical trial

RESUME BUT Cette étude a été menée sur le suivi de patients traités pour un glioblastome nouvellement diagnostiqué. Son objectif a été de déterminer l'impact des séquences de perfusion et de diffusion en imagerie par résonance magnétique (IRM). Un intérêt particulier a été porté au potentiel de ces nouvelles techniques d'imagerie dans l'anticipation de la progression de la maladie. En effet, l'intervalle de temps libre de progression est une mesure alternative de pronostic fréquemment utilisée. MATERIEL ET METHODE L'étude a porté sur 41 patients participant à un essai clinique de phase II de traitement par temozolomide. Leur suivi radiologique a comporté un examen IRM dans les 21 à 28 jours après radiochimiothérapie et tous les 2 mois par la suite. L'évaluation des images s'est faite sur la base de l'évaluation de l'effet de masse ainsi que de la mesure de la taille de la lésion sur les images suivantes : T1 avec produit de contraste, T2, diffusion, perfusion. Afin de déterminer la date de progression de la maladie, les critères classiques de variation de taille adjoints aux critères cliniques habituels ont été utilisés. RESULAT 311 examens IRM ont été revus. Au moment de la progression (32 patients), une régression multivariée selon Cox a permis de déterminer deux paramètres de survie : diamètre maximal en T1 (p>0.02) et variation de taille en T2 (p<0.05). L'impact de la perfusion et de la diffusion n'a pas été démontré de manière statistiquement significative. CONCLUSION Les techniques de perfusion et de diffusion ne peuvent pas être utilisées pour anticiper la progression tumorale. Alors que la prise de décision au niveau thérapeutique est critique au moment de la progression de la maladie, l'IRM classique en T1 et en T2 reste la méthode d'imagerie de choix. De manière plus spécifique, une prise de contraste en T1 supérieure à 3 cm dans son plus grand diamètre associée à un hypersignal T2 en augmentation forment un marqueur de mauvais pronostic.

Interhemispheric visual integration in humans explored by multimodal brain imaging

Résumé: Les récents progrès techniques de l'imagerie cérébrale non invasives ont permis d'améliorer la compréhension des différents systèmes fonctionnels cérébraux. Les approches multimodales sont devenues indispensables en recherche, afin d'étudier dans sa globalité les différentes caractéristiques de l'activité neuronale qui sont à la base du fonctionnement cérébral. Dans cette étude combinée d'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) et d'électroencéphalographie (EEG), nous avons exploité le potentiel de chacune d'elles, soit respectivement la résolution spatiale et temporelle élevée. Les processus cognitifs, de perception et de mouvement nécessitent le recrutement d'ensembles neuronaux. Dans la première partie de cette thèse nous étudions, grâce à la combinaison des techniques IRMf et EEG, la réponse des aires visuelles lors d'une stimulation qui demande le regroupement d'éléments cohérents appartenant aux deux hémi-champs visuels pour en faire une seule image. Nous utilisons une mesure de synchronisation (EEG de cohérence) comme quantification de l'intégration spatiale inter-hémisphérique et la réponse BOLD (Blood Oxygenation Level Dependent) pour évaluer l'activité cérébrale qui en résulte. L'augmentation de la cohérence de l'EEG dans la bande beta-gamma mesurée au niveau des électrodes occipitales et sa corrélation linéaire avec la réponse BOLD dans les aires de VP/V4, reflète et visualise un ensemble neuronal synchronisé qui est vraisemblablement impliqué dans le regroupement spatial visuel. Ces résultats nous ont permis d'étendre la recherche à l'étude de l'impact que le contenu en fréquence des stimuli a sur la synchronisation. Avec la même approche, nous avons donc identifié les réseaux qui montrent une sensibilité différente à l'intégration des caractéristiques globales ou détaillées des images. En particulier, les données montrent que l'implication des réseaux visuels ventral et dorsal est modulée par le contenu en fréquence des stimuli. Dans la deuxième partie nous avons a testé l'hypothèse que l'augmentation de l'activité cérébrale pendant le processus de regroupement inter-hémisphérique dépend de l'activité des axones calleux qui relient les aires visuelles. Comme le Corps Calleux présente une maturation progressive pendant les deux premières décennies, nous avons analysé le développement de la fonction d'intégration spatiale chez des enfants âgés de 7 à 13 ans et le rôle de la myelinisation des fibres calleuses dans la maturation de l'activité visuelle. Nous avons combiné l'IRMf et la technique de MTI (Magnetization Transfer Imaging) afin de suivre les signes de maturation cérébrale respectivement sous l'aspect fonctionnel et morphologique (myelinisation). Chez lés enfants, les activations associées au processus d'intégration entre les hémi-champs visuels sont, comme chez l'adulte, localisées dans le réseau ventral mais se limitent à une zone plus restreinte. La forte corrélation que le signal BOLD montre avec la myelinisation des fibres du splenium est le signe de la dépendance entre la maturation des fonctions visuelles de haut niveau et celle des connections cortico-corticales. Abstract: Recent advances in non-invasive brain imaging allow the visualization of the different aspects of complex brain dynamics. The approaches based on a combination of imaging techniques facilitate the investigation and the link of multiple aspects of information processing. They are getting a leading tool for understanding the neural basis of various brain functions. Perception, motion, and cognition involve the formation of cooperative neuronal assemblies distributed over the cerebral cortex. In this research, we explore the characteristics of interhemispheric assemblies in the visual brain by taking advantage of the complementary characteristics provided by EEG (electroencephalography) and fMRI (Functional Magnetic Resonance Imaging) techniques. These are the high temporal resolution for EEG and high spatial resolution for fMRI. In the first part of this thesis we investigate the response of the visual areas to the interhemispheric perceptual grouping task. We use EEG coherence as a measure of synchronization and BOLD (Blood Oxygenar tion Level Dependent) response as a measure of the related brain activation. The increase of the interhemispheric EEG coherence restricted to the occipital electrodes and to the EEG beta band and its linear relation to the BOLD responses in VP/V4 area points to a trans-hemispheric synchronous neuronal assembly involved in early perceptual grouping. This result encouraged us to explore the formation of synchronous trans-hemispheric networks induced by the stimuli of various spatial frequencies with this multimodal approach. We have found the involvement of ventral and medio-dorsal visual networks modulated by the spatial frequency content of the stimulus. Thus, based on the combination of EEG coherence and fMRI BOLD data, we have identified visual networks with different sensitivity to integrating low vs. high spatial frequencies. In the second part of this work we test the hypothesis that the increase of brain activity during perceptual grouping depends on the activity of callosal axons interconnecting the visual areas that are involved. To this end, in children of 7-13 years, we investigated functional (functional activation with fMRI) and morphological (myelination of the corpus callosum with Magnetization Transfer Imaging (MTI)) aspects of spatial integration. In children, the activation associated with the spatial integration across visual fields was localized in visual ventral stream and limited to a part of the area activated in adults. The strong correlation between individual BOLD responses in .this area and the myelination of the splenial system of fibers points to myelination as a significant factor in the development of the spatial integration ability.

Hepatic hemangiomas : factors associated with T2 shine-through effect on diffusion-weighted MR sequences

Objectifs: Déterminer la fréquence et les facteurs prédictifs de l'effet T2 shine-through dans l'hémangiome hépatique. Matériels et méthodes: Entre janvier 2010 et novembre 2011, l'imagerie par résonance magnétique du foie de 149 patients avec 388 hémangiomes hépatiques a été revue rétrospectivement. Les caractéristiques lésionnelles: la taille, la localisation, le signal et l'aspect en T1, T2 et en diffusion, l'effet T2 shine-through, le coefficient apparent de diffusion des hémangiomes hépatiques et du foie et type de rehaussement ont été évalués. Résultats: L'effet T2 shine-through était observé dans 204/388 (52.6%) des hémangiomes hépatiques et 100 (67.1%) patients. L'ADC moyen des hémangiomas avec T2 shine-through effect était significativement plus bas que les hémangiomas sans T2 shine-through effect (2.0 +/- 0.48 vs 2.38 +/- 0.45 10"3 mm2/s, P < .0001). L'analyse multivariée retrouvait comme facteurs indépendants de la présence d'un effet T2 shine-through un hypersignal sur les images fat- suppressed T2-weighted fast spin-echo, les hémangiomes avec un rehaussement classique et retardé, et l'ADC du foie. Conclusion: Le T2 shine-through effect est fréquemment observé dans les hémangiomes hépatiques et dépend des caractéristiques lésionnelles. Sa présence ne remet pas en question le diagnostic lorsque les signes IRM typiques sont présents.

Mice with chronic GSH deficit display phenotypical anomalies that resemble key aspects of schizophrenia

ABSTRACTSchizophrenia is a major psychiatric disorder occurring with a prevalence of 1% in the worldwide population. It develops progressively with psychosis onset in late adolescence or earlyadulthood. The disorder can take many different facets and has a highly diffuse anddistributed neuropathology including deficits in major neurotransmitter systems,myelination, stress regulation, and metabolism. The delayed onset and the heterogeneouspathology suggest that schizophrenia is a developmental disease that arises from interplayof genetic and environmental factors during sensitive periods. Redox dysregulation due to animbalance between pro-oxidants and antioxidant defence mechanisms is among the riskfactors for schizophrenia. Glutathione (GSH) is the major cellular redox regulator andantioxidant. Levels of GSH are decreased in cerebrospinal fluid, prefrontal cortex and postmortemstriatum of schizophrenia patients. Moreover, polymorphisms of the key GSHsynthesizingenzyme, glutamate-cysteine ligase, modifier (GCLM) subunit, are associatedwith the disease, suggesting that GSH deficit is of genetic origin. Here we used miceknockout (KO) for the GCLM gene, which display chronic GSH deficit (~70 to 80% decrease)to investigate the direct link between redox dysregulation and schizophrenia. Accordingly,we evaluated whether GCLM KO compared to normal wildtype mice display behavioralchanges that relate to schizophrenia symptoms and whether their brains showmorphological, functional or metabolic alterations that resemble those in patients.Moreover, we exposed pubertal GCLM mice to repeated mild stress and measured theirhormonal and behavioral stress reactivity. Our data show that chronic GSH deficit isassociated with altered emotion- and stress-related behaviors, deficient prepulse inhibition,pronounced amphetamine-induced hyperlocomotion but normal spatial learning andworking memory. These changes represent important schizophrenia endophenotypes.Moreover, this particular pattern of change indicates impairment of the ventralhippocampus (VH) and related circuitry as opposed to the dorsal hippocampus (DH), which isimplicated in spatial information processing. This is consistent with a selective deficit ofparvalbumin positive interneurons and gamma oscillation in the VH but not DH. Increasedlevels of circulating stress hormones in KO mice following pubertal stress corroborate VHdysfunction as it is involved in negative feedback control of the stress response. VHstructural and functional deficits are frequently found in the schizophrenic brain. Metabolicevaluation of the developing GCLM KO anterior cortex using in vivo magnetic resonancespectroscopy revealed elevated glutamine (Gln), glutamate (Glu), Gln/Glu and N-acetylaspartate(NAA) during the pre-pubertal period. Similar changes are reported in earlyschizophrenia. Overall, we observe phenotypic anomalies in GSH deficient GCLM KO micethat correspond to major schizophrenia endophenotypes. This supports an important rolefor redox dysregulation in schizophrenia and validates the GCLM KO mouse as model for thedisease. Moreover, our results indicate that puberty may be a sensitive period for redoxsensitivechanges highliting the importance of early intervention. Gln, Gln/Glu, Glu and NAAmay qualify as early metabolic biomarkers to identify young at-risk individuals. Since chronictreatment with NAC normalized most metabolic changes in GCLM KO mice, NAC may be oneadjunct treatment of choice for early intervention in patients.RESUMELa schizophrénie est une maladie psychiatrique majeure avec une prévalence de 1% dans lapopulation. Son développement est progressif, les premières psychoses apparaissant àl'adolescence ou au début de l'âge adulte. La maladie a plusieurs présentations et uneneuropathologie étendue, qui inclut des déficits neurochimiques, métaboliques, de lamyélination et de la régulation du stress. L'émergence tardive et l'hétérogénéité de lapathologie suggèrent que la schizophrénie est une maladie développementale, favorisée pardes facteurs génétiques et environnementaux durant des périodes sensibles. La dérégulationrédox, due à un déséquilibre entre facteurs pro-oxidantes et défenses anti-oxidantes,constitue un facteur de risque. Le glutathion (GSH) est le principal régulateur rédox et antioxidantdes cellules, ses taux sont diminués dans le liquide céphalorachidien, le cortexpréfrontal et le striatum de patients. De plus, des variations du gène codant la sous-unitémodulatrice (GCLM) de la glutamate-cystéine ligase, enzyme de synthèse du GSH, sontassociés la maladie, suggérant que le déficit observé chez les patients est d'originegénétique. Nous avons donc utilisé des souris ayant une délétion du gène GCLM (KO), quiont un déficit chronique en GSH (70-80%), afin d'étudier le lien entre une dérégulation rédoxet la schizophrénie. Nous avons évalué si ces souris présentent des altérationscomportementales analogues aux symptômes de la maladie, et des modificationsstructurelles, fonctionnelles et métaboliques au niveau du cerveau, ressemblant à celles despatients. De plus, nous avons soumis les souris à des stresses modérés durant la puberté,puis mesuré les réponses hormonales et comportementales. Les animaux présentent undéficit pré-attentionnel du traitement des informations moto-sensorielles, un déficit pourcertains apprentissages, une réponse accrue à l'amphétamine, mais leurs mémoires spatialeet de travail sont préservées. Ces atteintes comportementales sont analogues à certainsendophénotypes de la schizophrénie. De plus, ces changements comportementaux sontlargement expliqués par une perturbation morphologique et fonctionnelle de l'hippocampeventral (HV). Ainsi, nous avons observé un déficit sélectif des interneurones immunoréactifsà la parvalbumine et une désynchronisation neuronale dans l'HV. L'hippocampe dorsal,impliqué dans l'orientation spatiale, demeure en revanche intact. L'augmentationd'hormones de stress dans le sang des souris KO suite à un stress prépubertal soutien aussil'hypothèse d'une dysfonction de l'HV, connu pour moduler ce type de réponse. Des déficitsstructurels et fonctionnels dans l'hippocampe antérieur (ventral) ont d'ailleurs été rapportéschez des patients schizophrènes. Par de résonance magnétique, nous avons également suivile profil métabolique du le cortex antérieur au cours du développement postnatal des sourisKO. Ces mesures ont révélé des taux élevés de glutamine (Gln), glutamate (Glu), du ratioGln/Glu, et de N-acétyl-aspartate (NAA) durant la période prépubertale. Des altérationssimilaires sont décrites chez les patients durant la phase précoce. Nous avons donc révélédes anomalies phénotypiques chez les souris GCLM KO qui reflètent certainsendophénotypes de la schizophrénie. Nos résultats appuient donc le rôle d'une dérégulationrédox dans l'émergence de la maladie et le potentiel des souris KO comme modèle. De plus,cette étude met en évidence la puberté comme période particulièrement sensible à unedérégulation rédox, renforçant l'importance d'une intervention thérapeutique précoce. Dansce cadre, Gln, Gln/Glu, Glu and NAA seraient des biomarqueurs clés pour identifier de jeunesindividus à risque. De part son efficacité dans notre modèle, NAC pourrait être unesubstance de choix dans le traitement précoce des patients.

Mechanisms underlying functional recovery after in vivo focal cerebral ischemia : from preconditioning to diffusion MRI

Version abregée L'ischémie cérébrale est la troisième cause de mort dans les pays développés, et la maladie responsable des plus sérieux handicaps neurologiques. La compréhension des bases moléculaires et anatomiques de la récupération fonctionnelle après l'ischémie cérébrale est donc extrêmement importante et représente un domaine d'intérêt crucial pour la recherche fondamentale et clinique. Durant les deux dernières décennies, les chercheurs ont tenté de combattre les effets nocifs de l'ischémie cérébrale à l'aide de substances exogènes qui, bien que testées avec succès dans le domaine expérimental, ont montré un effet contradictoire dans l'application clinique. Une approche différente mais complémentaire est de stimuler des mécanismes intrinsèques de neuroprotection en utilisant le «modèle de préconditionnement» : une brève insulte protège contre des épisodes d'ischémie plus sévères à travers la stimulation de voies de signalisation endogènes qui augmentent la résistance à l'ischémie. Cette approche peut offrir des éléments importants pour clarifier les mécanismes endogènes de neuroprotection et fournir de nouvelles stratégies pour rendre les neurones et la glie plus résistants à l'attaque ischémique cérébrale. Dans un premier temps, nous avons donc étudié les mécanismes de neuroprotection intrinsèques stimulés par la thrombine, un neuroprotecteur «préconditionnant» dont on a montré, à l'aide de modèles expérimentaux in vitro et in vivo, qu'il réduit la mort neuronale. En appliquant une technique de microchirurgie pour induire une ischémie cérébrale transitoire chez la souris, nous avons montré que la thrombine peut stimuler les voies de signalisation intracellulaire médiées par MAPK et JNK par une approche moléculaire et l'analyse in vivo d'un inhibiteur spécifique de JNK (L JNK) .Nous avons également étudié l'impact de la thrombine sur la récupération fonctionnelle après une attaque et avons pu démontrer que ces mécanismes moléculaires peuvent améliorer la récupération motrice. La deuxième partie de cette étude des mécanismes de récupération après ischémie cérébrale est basée sur l'investigation des bases anatomiques de la plasticité des connections cérébrales, soit dans le modèle animal d'ischémie transitoire, soit chez l'homme. Selon des résultats précédemment publiés par divers groupes ,nous savons que des mécanismes de plasticité aboutissant à des degrés divers de récupération fonctionnelle sont mis enjeu après une lésion ischémique. Le résultat de cette réorganisation est une nouvelle architecture fonctionnelle et structurelle, qui varie individuellement selon l'anatomie de la lésion, l'âge du sujet et la chronicité de la lésion. Le succès de toute intervention thérapeutique dépendra donc de son interaction avec la nouvelle architecture anatomique. Pour cette raison, nous avons appliqué deux techniques de diffusion en résonance magnétique qui permettent de détecter les changements de microstructure cérébrale et de connexions anatomiques suite à une attaque : IRM par tenseur de diffusion (DT-IR1V) et IRM par spectre de diffusion (DSIRM). Grâce à la DT-IRM hautement sophistiquée, nous avons pu effectuer une étude de follow-up à long terme chez des souris ayant subi une ischémie cérébrale transitoire, qui a mis en évidence que les changements microstructurels dans l'infarctus ainsi que la modification des voies anatomiques sont corrélés à la récupération fonctionnelle. De plus, nous avons observé une réorganisation axonale dans des aires où l'on détecte une augmentation d'expression d'une protéine de plasticité exprimée dans le cône de croissance des axones (GAP-43). En appliquant la même technique, nous avons également effectué deux études, rétrospective et prospective, qui ont montré comment des paramètres obtenus avec DT-IRM peuvent monitorer la rapidité de récupération et mettre en évidence un changement structurel dans les voies impliquées dans les manifestations cliniques. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons décrit la manière dont la DS-IRM peut être appliquée dans le domaine expérimental et clinique pour étudier la plasticité cérébrale après ischémie. Abstract Ischemic stroke is the third leading cause of death in developed countries and the disease responsible for the most serious long-term neurological disability. Understanding molecular and anatomical basis of stroke recovery is, therefore, extremely important and represents a major field of interest for basic and clinical research. Over the past 2 decades, much attention has focused on counteracting noxious effect of the ischemic insult with exogenous substances (oxygen radical scavengers, AMPA and NMDA receptor antagonists, MMP inhibitors etc) which were successfully tested in the experimental field -but which turned out to have controversial effects in clinical trials. A different but complementary approach to address ischemia pathophysiology and treatment options is to stimulate and investigate intrinsic mechanisms of neuroprotection using the "preconditioning effect": applying a brief insult protects against subsequent prolonged and detrimental ischemic episodes, by up-regulating powerful endogenous pathways that increase resistance to injury. We believe that this approach might offer an important insight into the molecular mechanisms responsible for endogenous neuroprotection. In addition, results from preconditioning model experiment may provide new strategies for making brain cells "naturally" more resistant to ischemic injury and accelerate their rate of functional recovery. In the first part of this work, we investigated down-stream mechanisms of neuroprotection induced by thrombin, a well known neuroprotectant which has been demonstrated to reduce stroke-induced cell death in vitro and in vivo experimental models. Using microsurgery to induce transient brain ischemia in mice, we showed that thrombin can stimulate both MAPK and JNK intracellular pathways through a molecular biology approach and an in vivo analysis of a specific kinase inhibitor (L JNK1). We also studied thrombin's impact on functional recovery demonstrating that these molecular mechanisms could enhance post-stroke motor outcome. The second part of this study is based on investigating the anatomical basis underlying connectivity remodeling, leading to functional improvement after stroke. To do this, we used both a mouse model of experimental ischemia and human subjects with stroke. It is known from previous data published in literature, that the brain adapts to damage in a way that attempts to preserve motor function. The result of this reorganization is a new functional and structural architecture, which will vary from patient to patient depending on the anatomy of the damage, the biological age of the patient and the chronicity of the lesion. The success of any given therapeutic intervention will depend on how well it interacts with this new architecture. For this reason, we applied diffusion magnetic resonance techniques able to detect micro-structural and connectivity changes following an ischemic lesion: diffusion tensor MRI (DT-MRI) and diffusion spectrum MRI (DS-MRI). Using DT-MRI, we performed along-term follow up study of stroke mice which showed how diffusion changes in the stroke region and fiber tract remodeling is correlating with stroke recovery. In addition, axonal reorganization is shown in areas of increased plasticity related protein expression (GAP 43, growth axonal cone related protein). Applying the same technique, we then performed a retrospective and a prospective study in humans demonstrating how specific DTI parameters could help to monitor the speed of recovery and show longitudinal changes in damaged tracts involved in clinical symptoms. Finally, in the last part of this study we showed how DS-MRI could be applied both to experimental and human stroke and which perspectives it can open to further investigate post stroke plasticity.