Neural reflex regulation of arterial pressure in pathophysiological conditions: interplay among the baroreflex, the cardiopulmonary reflexes and the chemoreflex

The maintenance of arterial pressure at levels adequate to perfuse the tissues is a basic requirement for the constancy of the internal environment and survival. The objective of the present review was to provide information about the basic reflex mechanisms that are responsible for the moment-to-moment regulation of the cardiovascular system. We demonstrate that this control is largely provided by the action of arterial and non-arterial reflexes that detect and correct changes in arterial pressure (baroreflex), blood volume or chemical composition (mechano- and chemosensitive cardiopulmonary reflexes), and changes in blood-gas composition (chemoreceptor reflex). The importance of the integration of these cardiovascular reflexes is well understood and it is clear that processing mainly occurs in the nucleus tractus solitarii, although the mechanism is poorly understood. There are several indications that the interactions of baroreflex, chemoreflex and Bezold-Jarisch reflex inputs, and the central nervous system control the activity of autonomic preganglionic neurons through parallel afferent and efferent pathways to achieve cardiovascular homeostasis. It is surprising that so little appears in the literature about the integration of these neural reflexes in cardiovascular function. Thus, our purpose was to review the interplay between peripheral neural reflex mechanisms of arterial blood pressure and blood volume regulation in physiological and pathophysiological states. Special emphasis is placed on the experimental model of arterial hypertension induced by N-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) in which the interplay of these three reflexes is demonstrable

Oxytocin is a cardiovascular hormone

Oxytocin (OT), a nonapeptide, was the first hormone to have its biological activities established and chemical structure determined. It was believed that OT is released from hypothalamic nerve terminals of the posterior hypophysis into the circulation where it stimulates uterine contractions during parturition, and milk ejection during lactation. However, equivalent concentrations of OT were found in the male hypophysis, and similar stimuli of OT release were determined for both sexes, suggesting other physiological functions. Indeed, recent studies indicate that OT is involved in cognition, tolerance, adaptation and complex sexual and maternal behaviour, as well as in the regulation of cardiovascular functions. It has long been known that OT induces natriuresis and causes a fall in mean arterial pressure, both after acute and chronic treatment, but the mechanism was not clear. The discovery of the natriuretic family shed new light on this matter. Atrial natriuretic peptide (ANP), a potent natriuretic and vasorelaxant hormone, originally isolated from rat atria, has been found at other sites, including the brain. Blood volume expansion causes ANP release that is believed to be important in the induction of natriuresis and diuresis, which in turn act to reduce the increase in blood volume. Neurohypophysectomy totally abolishes the ANP response to volume expansion. This indicates that one of the major hypophyseal peptides is responsible for ANP release. The role of ANP in OT-induced natriuresis was evaluated, and we hypothesized that the cardio-renal effects of OT are mediated by the release of ANP from the heart. To support this hypothesis, we have demonstrated the presence and synthesis of OT receptors in all heart compartments and the vasculature. The functionality of these receptors has been established by the ability of OT to induce ANP release from perfused heart or atrial slices. Furthermore, we have shown that the heart and large vessels like the aorta and vena cava are sites of OT synthesis. Therefore, locally produced OT may have important regulatory functions within the heart and vascular beds. Such functions may include slowing down of the heart or the regulation of local vascular tone.

Familial hyperaldosteronism

Aldosterone, the major circulating mineralocorticoid, participates in blood volume and serum potassium homeostasis. Primary aldosteronism is a disorder characterised by hypertension and hypokalaemia due to autonomous aldosterone secretion from the adrenocortical zona glomerulosa. Improved screening techniques, particularly application of the plasma aldosterone:plasma renin activity ratio, have led to a suggestion that primary aldosteronism may be more common than previously appreciated among adults with hypertension. Glucocorticoid-remediable aldosteronism (GRA) was the first described familial form of hyperaldosteronism. The disorder is characterised by aldosterone secretory function regulated chronically by ACTH. Hence, aldosterone hypersecretion can be suppressed, on a sustained basis, by exogenous glucocorticoids such as dexamethasone in physiologic range doses. This autosomal dominant disorder has been shown to be caused by a hybrid gene mutation formed by a crossover of genetic material between the ACTH-responsive regulatory portion of the 11ß-hydroxylase (CYP11B1) gene and the coding region of the aldosterone synthase (CYP11B2) gene. Familial hyperaldosteronism type II (FH-II), so named to distinguish the disorder from GRA or familial hyperaldosteronism type I (FH-I), is characterised by autosomal dominant inheritance of autonomous aldosterone hypersecretion which is not suppressible by dexamethasone. Linkage analysis in a single large kindred, and direct mutation screening, has shown that this disorder is unrelated to mutations in the genes for aldosterone synthase or the angiotensin II receptor. The precise genetic cause of FH-II remains to be elucidated.

Nitric oxide synthase blockade and body fluid volumes

The influence of chronic nitric oxide synthase inhibition with N G-nitro-L-arginine methyl ester (L-NAME) on body fluid distribution was studied in male Wistar rats weighing 260-340 g. Extracellular, interstitial and intracellular spaces, as well as plasma volume were measured after a three-week treatment with L-NAME (~70 mg/kg per 24 h in drinking water). An increase in extracellular space (16.1 ± 1.1 vs 13.7 ± 0.6 ml/100 g in control group, N = 12, P<0.01), interstitial space (14.0 ± 0.9 vs 9.7 ± 0.6 ml/100 g in control group, P<0.001) and total water (68.7 ± 3.9 vs 59.0 ± 2.9 ml/100 g, P<0.001) was observed in the L-NAME group (N = 8). Plasma volume was lower in L-NAME-treated rats (2.8 ± 0.2 ml/100 g) than in the control group (3.6 ± 0.1 ml/100 g, P<0.001). Blood volume was also lower in L-NAME-treated rats (5.2 ± 0.3 ml/100 g) than in the control group (7.2 ± 0.3 ml/100 g, P<0.001). The increase in total ratio of kidney wet weight to body weight in the L-NAME group (903 ± 31 vs 773 ± 45 mg/100 g in control group, P<0.01) but not in total kidney water suggests that this experimental hypertension occurs with an increase in renal mass. The fact that the heart weight to body weight ratio and the total heart water remained constant indicates that, despite the presence of high blood pressure, no modification in cardiac mass occurred. These data show that L-NAME-induced hypertension causes alterations in body fluid distribution and in renal mass.

Neuroendocrine control of body fluid homeostasis

Angiotensin II and atrial natriuretic peptide (ANP) play important and opposite roles in the control of water and salt intake, with angiotensin II promoting the intake of both and ANP inhibiting the intake of both. Following blood volume expansion, baroreceptor input to the brainstem induces the release of ANP within the hypothalamus that releases oxytocin (OT) that acts on its receptors in the heart to cause the release of ANP. ANP activates guanylyl cyclase that converts guanosine triphosphate into cyclic guanosine monophosphate (cGMP). cGMP activates protein kinase G that reduces heart rate and force of contraction, decreasing cardiac output. ANP acts similarly to induce vasodilation. The intrinsic OT system in the heart and vascular system augments the effects of circulating OT to cause a rapid reduction in effective circulating blood volume. Furthermore, natriuresis is rapidly induced by the action of ANP on its tubular guanylyl cyclase receptors, resulting in the production of cGMP that closes Na+ channels. The OT released by volume expansion also acts on its tubular receptors to activate nitric oxide synthase. The nitric oxide released activates guanylyl cyclase leading to the production of cGMP that also closes Na+ channels, thereby augmenting the natriuretic effect of ANP. The natriuresis induced by cGMP finally causes blood volume to return to normal. At the same time, the ANP released acts centrally to decrease water and salt intake.

Exogenous normal lymph alleviates microcirculation disturbances and abnormal hemorheological properties in rats with disseminated intravascular coagulation

Disturbances of the microcirculation and abnormal hemorheological properties are important factors that play an important role in disseminated intravascular coagulation (DIC) and result in organ dysfunction or failure. In the present study, we established an animal model of DIC using intravenous Dextran 500 in rats, and used exogenous normal lymph corresponding to 1/15 of whole blood volume for injection through the left jugular vein. We found that normal lymph could improve the blood pressure and survival time of rats with DIC. The results regarding the mesenteric microcirculation showed that the abnormality of the diameter of mesenteric microvessels and micro-blood flow speed in the DIC+lymph group was significantly less than in the DIC+saline group. Whole blood viscosity, relative viscosity, plasma viscosity, hematocrit (Hct), erythrocyte sedimentation rate (ESR), and electrophoresis time of erythrocytes were significantly increased in the DIC+saline group compared to the control group. The electrophoretic length and migration of erythrocytes from the DIC+saline and DIC+lymph groups were significantly slower than the control group. Blood relative viscosity, Hct, ESR, and electrophoretic time of erythrocytes were significantly increased in the DIC+lymph group compared to the control group. Whole blood viscosity, relative viscosity and reduced viscosity were significantly lower in the DIC+lymph group than in the DIC+saline group, and erythrocyte deformability index was also significantly higher than in the DIC+saline and control groups. These results suggest that exogenous normal lymph could markedly improve the acute microcirculation disturbance and the abnormal hemorheological properties in rats with DIC induced by Dextran 500.

Detection of acute cerebral hemorrhage in rabbits by magnetic induction

Acute cerebral hemorrhage (ACH) is an important clinical problem that is often monitored and studied with expensive devices such as computed tomography, magnetic resonance imaging, and positron emission tomography. These devices are not readily available in economically underdeveloped regions of the world, emergency departments, and emergency zones. We have developed a less expensive tool for non-contact monitoring of ACH. The system measures the magnetic induction phase shift (MIPS) between the electromagnetic signals on two coils. ACH was induced in 6 experimental rabbits and edema was induced in 4 control rabbits by stereotactic methods, and their intracranial pressure and heart rate were monitored for 1 h. Signals were continuously monitored for up to 1 h at an exciting frequency of 10.7 MHz. Autologous blood was administered to the experimental group, and saline to the control group (1 to 3 mL) by injection of 1-mL every 5 min. The results showed a significant increase in MIPS as a function of the injection volume, but the heart rate was stable. In the experimental (ACH) group, there was a statistically significant positive correlation of the intracranial pressure and MIPS. The change of MIPS was greater in the ACH group than in the control group. This high-sensitivity system could detect a 1-mL change in blood volume. The MIPS was significantly related to the intracranial pressure. This observation suggests that the method could be valuable for detecting early warning signs in emergency medicine and critical care units.

Intercostal and forearm muscle deoxygenation during respiratory fatigue in patients with heart failure: potential role of a respiratory muscle metaboreflex

The purpose of this study was to determine the effect of respiratory muscle fatigue on intercostal and forearm muscle perfusion and oxygenation in patients with heart failure. Five clinically stable heart failure patients with respiratory muscle weakness (age, 66±12 years; left ventricle ejection fraction, 34±3%) and nine matched healthy controls underwent a respiratory muscle fatigue protocol, breathing against a fixed resistance at 60% of their maximal inspiratory pressure for as long as they could sustain the predetermined inspiratory pressure. Intercostal and forearm muscle blood volume and oxygenation were continuously monitored by near-infrared spectroscopy with transducers placed on the seventh left intercostal space and the left forearm. Data were compared by two-way ANOVA and Bonferroni correction. Respiratory fatigue occurred at 5.1±1.3 min in heart failure patients and at 9.3±1.4 min in controls (P<0.05), but perceived effort, changes in heart rate, and in systolic blood pressure were similar between groups (P>0.05). Respiratory fatigue in heart failure reduced intercostal and forearm muscle blood volume (P<0.05) along with decreased tissue oxygenation both in intercostal (heart failure, -2.6±1.6%; controls, +1.6±0.5%; P<0.05) and in forearm muscles (heart failure, -4.5±0.5%; controls, +0.5±0.8%; P<0.05). These results suggest that respiratory fatigue in patients with heart failure causes an oxygen demand/delivery mismatch in respiratory muscles, probably leading to a reflex reduction in peripheral limb muscle perfusion, featuring a respiratory metaboreflex.

Régulations homéostatiques cardiovasculaires suite à une transfusion par échange avec du sang hyperagrégeant chez le rat

Dans le but de vérifier l’impact d’un changement soudain dans l’agrégation érythrocytaire sur certains paramètres cardiovasculaires, une transfusion par échange sanguin du tiers du volume a été effectuée avec du sang hyperagrégeant chez le rat de souche Brown Norway. La pression caudale, le volume cardiaque systolique, la fraction d’éjection, le débit cardiaque, le rythme cardiaque et la résistance périphérique à l’écoulement sanguin ont été observés non-intrusivement sur 19 jours suite à la transfusion. Les rats ont été sacrifiés plus d’un mois suivant la transfusion et une étude ex vivo de la réponse à deux agents dilatateurs (l’acétylcholine et le nitroprussiate de sodium) a été menée sur les artérioles mésentériques. Des variations des paramètres cardiovasculaires, soit le débit, le volume systolique et la résistance périphérique, ont été remarquées dans les trois premiers jours posttransfusion. Une résistance du muscle vasculaire lisse au monoxyde d’azote a été notée chez les rats transfusés au sang hyperagrégeant alors qu’aucune dysfonction endothéliale n’était apparente en réponse à l’acétylcholine.

Métabolisme énergétique cardiaque fœtal dans un modèle de restriction de croissance intra-utérine chez le rat

Une diète faible en sodium donnée à des rates lors de la dernière semaine de gestation induit une diminution de l’expansion volumique, du diamètre des artères utérines et du poids des placentas comparativement à des rates témoins. Ces perturbations suggèrent une diminution de la perfusion placentaire affectant l’apport foetal en nutriments. Les ratons naissent avec une restriction de croissance intra-utérine (RCIU). Chez le foetus, le substrat énergétique cardiaque principal est le glucose via la glycolyse. À la naissance, la source principale d’énergie est l’utilisation des acides gras par la β-oxydation. Nous émettons l’hypothèse que dans ce modèle de RCIU, le coeur foetal répond à la diminution d’apport nutritionnel due à une atteinte maternelle en adaptant son métabolisme énergétique cardiaque à la baisse. Les rates gestantes (témoins et recevant la diète faible en sodium) sont sacrifiées au jour 22 de gestation (sur 23). Les coeurs foetaux sont prélevés afin de caractériser les protéines dites « limitantes » in vitro des voies de la glycolyse et de la β-oxydation. Les expressions protéiques de GLUT1, GLUT4, HK1, HK2, CPT2, CPT1β, cytochrome c, PFK1, PKM1/2, mesurées par immunobuvardage de type Western, sont similaires entre les coeurs des foetus RCIU et témoins, mâles et femelles. L’expression protéique de CPT1α est diminuée dans les coeurs des femelles RCIU seulement. Il n’existe aucune différence significative entre les différents groupes quant à l’activité enzymatique de PKM1/2. Nos résultats dressent un profil métabolique général suggérant que le sexe du foetus peut avoir un effet sur la réponse cardiaque foetale à une atteinte du volume sanguin maternel causée par la diète restreinte en sodium. Ce profil métabolique semble démontrer une atteinte du catabolisme des lipides. Afin de bien caractériser cette réponse du mécanisme énergétique, l’activité enzymatique des autres enzymes principales de la glycolyse (HK1, HK2, PFK1), le flux intra-mitochondrial d’acyl CoA à travers les CPTs ainsi que la quantité totale d’acétyl CoA devront être quantifiés.

Évaluation des effets de l'administration de fer intramusculaire sur l'anémie chez les oiseaux de proie

L’administration de fer dextran à 10 mg/kg intramusculaire (IM) est un traitement empirique couramment recommandé en médecine aviaire lors d’hémorragie ou d’anémie. L’objectif principal de cette étude était d’évaluer les effets de ce traitement sur l’anémie chez les oiseaux de proie. Deux types d’individus ont été utilisés : des crécerelles d’Amérique (Falco sparverius) où une anémie par perte de sang externe aiguë a été créée (deux phlébotomies de 20-40 % du volume sanguin total à un intervalle de 6 h) et des oiseaux de proie sauvages de différentes espèces souffrant d’anémies diverses. L’ensemble des oiseaux a été subdivisé aléatoirement en groupe traitement (fer dextran 10 mg/kg IM) et contrôle (NaCl 0,9% IM). Un suivi dans le temps a été réalisé afin d’étudier leur récupération de l’anémie, la présence d’effets secondaires au traitement et l’impact d’une administration de fer sur ces réserves. Aucune différence significative n’a été observée entre les deux groupes en ce qui concerne les signes cliniques, l’hématocrite, le pourcentage des polychromatophiles/réticulocytes, la densité cellulaire et le fer de la moelle osseuse, la créatine kinase et le fer plasmatique. La majorité des crécerelles ont présenté une myosite au site d’injection du fer. Nos résultats suggèrent qu’une administration de 10 mg/kg de fer dextran IM n’a pas d’effet sur l’érythropoïèse des rapaces souffrant d’anémie par perte de sang externe aiguë, qu’elle provoque une légère inflammation au site d’injection et qu’elle n’influence pas les réserves de fer. Le comptage des réticulocytes en anneau et des polychromatophiles semble être deux méthodes équivalentes.

Implication de l'aldostérone dans les changements hémodynamiques de la grossesse

La grossesse s’accompagne d’importantes modifications hormonales et hémodynamiques. Parmi celles-ci, le système rénine-angiotensine-aldostérone (SRAA) est activé très tôt durant la grossesse. De plus, cette augmentation du SRAA est accompagnée d’élévations du débit cardiaque et du volume plasmatique ainsi que des baisses paradoxales de la pression artérielle et de la résistance vasculaire périphérique. Ceci suggère que la grossesse induit un remaniement des réponses physiologiques normales au SRAA. Une résistance vasculaire à l’action des vasopresseurs est également observée durant la gestation. Ce phénomène serait causé par la modification de la fonction des canaux calciques et potassiques. De plus, il serait possiblement dû à la participation de la Na+/K+-ATPase, par son influence sur le potentiel membranaire des cellules des muscles lisses vasculaires (VSMC). La présence des récepteurs minéralocorticoïdes (MR) dans les VSMC laisse croire que l’aldostérone peut influencer le tonus vasculaire par des effets génomiques et non-génomiques. Compte tenu des connaissances actuelles, nous avons émis l’hypothèse que l’augmentation des taux sériques d’aldostérone durant la grossesse est responsable des changements hémodynamiques observés et que ces effets sont causés par l’activation des MR. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate de potassium (20 mg/kg•jr), un antagoniste des MR, durant la dernière semaine de gestation (sur 3). Sur des anneaux aortiques dénudés de leur endothélium, nous avons mesuré les réponses contractiles à la phényléphrine (PhE) et au KCl en présence d’un bloqueur des canaux calciques dépendants du voltage (VDCC), la nifédipine, et d’activateurs des canaux potassiques à large conductance (BKCa) et ceux dépendants de l’ATP (KATP), respectivement le NS-1619 et la cromakalim. Les réponses à la PhE et au KCl sont réduites à partir du 17e jour de gestation et le traitement au canrénoate augmente ces réponses dans tous les groupes. Les modulateurs de canaux ioniques atténuent les réponses à la PhE et au KCl. Cependant, le canrénoate modifie aussi les effets des modulateurs sur les aortes. Aucun effet ou une baisse des réponses est observable chez les rates non gestantes, tandis qu’une hausse de leur effet inhibiteur est notée chez les rates gestantes. Ces effets du canrénoate font croire que l’aldostérone participe à l’adaptation de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Par ailleurs, le potentiel membranaire des VSMC pourrait être affecté dans la gestation. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons évalué l’activité de la Na+/K+-ATPase, impliquée dans le contrôle du potentiel membranaire. Nos résultats démontrent que l’activité de la pompe est inhibée à partir du 19e jour de gestation. Cet effet est renversé par le canrénoate. Toutefois, comme le renversement de l’inhibition de la pompe est également présent chez les rates gestantes traitées avec du PST 2238, un antagoniste de l’ouabaïne sur la Na+/K+-ATPase, et que le canrénoate agit également comme agoniste partiel de la pompe, nous croyons que la diminution d’activité associée à la gestation est liée à une inhibition de la Na+/K+-ATPase par des stéroïdes cardiotoniques plutôt qu’à un effet des minéralocorticoïdes. L’augmention d’activité de la pompe liée au canrénoate s’accompagne d’une diminution de l’expression de la sous-unité α1, suggérant que la sous-unité α2 est responsable des variations de contractilité de l’aorte, puisque son expression n’est pas modifiée par le canrénoate. Les effets de la diminution de l’expression de la sous-unité α1, influencée par la signalisation du MR, restent à être déterminés. Néanmoins, nos résultats montrent que les modifications d’activité de la Na+/K+-ATPase influencent l’activité des canaux potassiques et que la pompe pourraient être un des éléments primordiaux dans le contrôle de la réactivité vasculaire durant la grossesse. Comme le canrénoate modifie la réactivité vasculaire, nous voulions déterminer ses impacts sur la pression artérielle. Des rates gestantes ont été traitées avec du canrénoate (20 ou 60 mg/kg•jr) et les paramètres hémodynamiques ont été évalués par radiotélémétrie. Aucune modification de la pression artérielle, du rythme cardiaque et de la pression pulsée ne sont mesurées chez les rates recevant le traitement. Toutefois, des augmentations de l’osmolalité, des taux sériques d’aldostérone et de corticostérone ainsi que de l’activité rénine plasmatique sont observées chez les animaux recevant 60 mg/kg•jr. Le canrénoate bloque donc le rétrocontrôle du SRAA. Par contre, les MR ne sont pas les principaux responsables du contrôle de la pression artérielle durant la grossesse. En conclusion, nous avons démontré que le traitement des rates au canrénoate influence la réactivité vasculaire de l’aorte durant la gestation. Cet effet est causé par la modification de l’activité de certains canaux ioniques (VDCC, BKCa et KATP). De plus, le canrénoate renverse l’inhibition de la Na+/K+-ATPase observée durant la gestation. Finalement, les actions locales de cet antagoniste des MR sur les vaisseaux sanguins ne se répercutent pas sur l’effet systémique global et aucune modification de la pression artérielle n’est observée. D’autres études seront toutefois nécessaires pour déterminer les voies de signalisation par lesquelles l’aldostérone module les réponses des canaux ioniques dans les VSMC.

Évaluation des jeux Kinect à l’aide du suivi physiologique, du suivi oculaire et des réactions faciales du joueur.

Les données sont analysées par le logiciel conçu par François Courtemanche et Féthi Guerdelli. L'expérimentation des jeux a eu lieu au Laboratoire de recherche en communication multimédia de l'Université de Montréal.

Quantitative functional neuroimaging of cerebral physiology in healthy aging

Les études d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) ont pour prémisse générale l’idée que le signal BOLD peut être utilisé comme un succédané direct de l’activation neurale. Les études portant sur le vieillissement cognitif souvent comparent directement l’amplitude et l’étendue du signal BOLD entre des groupes de personnes jeunes et âgés. Ces études comportent donc un a priori additionnel selon lequel la relation entre l’activité neurale et la réponse hémodynamique à laquelle cette activité donne lieu restent inchangée par le vieillissement. Cependant, le signal BOLD provient d’une combinaison ambiguë de changements de métabolisme oxydatif, de flux et de volume sanguin. De plus, certaines études ont démontré que plusieurs des facteurs influençant les propriétés du signal BOLD subissent des changements lors du vieillissement. L’acquisition d’information physiologiquement spécifique comme le flux sanguin cérébral et le métabolisme oxydatif permettrait de mieux comprendre les changements qui sous-tendent le contraste BOLD, ainsi que les altérations physiologiques et cognitives propres au vieillissement. Le travail présenté ici démontre l’application de nouvelles techniques permettant de mesurer le métabolisme oxydatif au repos, ainsi que pendant l’exécution d’une tâche. Ces techniques représentent des extensions de méthodes d’IRMf calibrée existantes. La première méthode présentée est une généralisation des modèles existants pour l’estimation du métabolisme oxydatif évoqué par une tâche, permettant de prendre en compte tant des changements arbitraires en flux sanguin que des changements en concentrations sanguine d’O2. Des améliorations en terme de robustesse et de précisions sont démontrées dans la matière grise et le cortex visuel lorsque cette méthode est combinée à une manipulation respiratoire incluant une composante d’hypercapnie et d’hyperoxie. Le seconde technique présentée ici est une extension de la première et utilise une combinaison de manipulations respiratoires incluant l’hypercapnie, l’hyperoxie et l’administration simultanée des deux afin d’obtenir des valeurs expérimentales de la fraction d’extraction d’oxygène et du métabolisme oxydatif au repos. Dans la deuxième partie de cette thèse, les changements vasculaires et métaboliques liés à l’âge sont explorés dans un groupe de jeunes et aînés, grâce au cadre conceptuel de l’IRMf calibrée, combiné à une manipulation respiratoire d’hypercapnie et une tâche modifiée de Stroop. Des changements de flux sanguin au repos, de réactivité vasculaire au CO2 et de paramètre de calibration M ont été identifiés chez les aînés. Les biais affectant les mesures de signal BOLD obtenues chez les participants âgés découlant de ces changements physiologiques sont de plus discutés. Finalement, la relation entre ces changements cérébraux et la performance dans la tâche de Stroop, la santé vasculaire centrale et la condition cardiovasculaire est explorée. Les résultats présentés ici sont en accord avec l’hypothèse selon laquelle une meilleure condition cardiovasculaire est associée à une meilleure fonction vasculaire centrale, contribuant ainsi à l’amélioration de la santé vasculaire cérébrale et cognitive.

Modulation de l'activité de structures cérébrales sous-corticales par optogénétique

L’optogénétique est une technique prometteuse pour la modulation de l’activité neuronale. Par l’insertion d’une opsine microbienne dans la membrane plasmique de neurones et par son activation photonique, il devient possible de réguler l’activité neuronale avec une grande résolution temporelle et spatiale. Beaucoup de travaux ont été faits pour caractériser et synthétiser de nouvelles opsines. Ainsi, plusieurs variétés d’opsines sont désormais disponibles, chacune présentant des cinétiques et sensibilités à des longueurs d’onde différentes. En effet, il existe des constructions optogénétiques permettant de moduler à la hausse ou à la baisse l’activité neuronale, telles la channelrhodopsine-2 (ChR2) ou la halorhodopsine (NpHR), respectivement. Les promesses de cette technologie incluent le potentiel de stimuler une région restreinte du cerveau, et ce, de façon réversible. Toutefois, peu d’applications en ce sens ont été réalisées, cette technique étant limitée par l’absorption et la diffusion de la lumière dans les tissus. Ce mémoire présente la conception d’une fibre optique illuminant à un angle de 90° à sa sortie, capable de guider la lumière à des structures bien précises dans le système nerveux central. Nous avons conduit des tests in vivo dans le système visuel de souris transgéniques exprimant la ChR2 dans l’ensemble du système nerveux central. Dans le système visuel, les signaux rétiniens sont conduits au corps genouillé latéral (CGL) avant d’être relayés au cortex visuel primaire (V1). Pour valider la capacité de mon montage optogénétique à stimuler spécifiquement une sous-population de neurones, nous avons tiré profit de l’organisation rétinotopique existant dans le système visuel. En stimulant optogénétiquement le CGL et en tournant la fibre optique sur elle-même à l’aide d’un moteur, il devient possible de stimuler séquentiellement différentes portions de cette structure thalamique et conséquemment, différentes représentations du champ visuel. L’activation des projections thalamiques sera enregistrée au niveau de l’aire V1 à l’aide de l’imagerie optique intrinsèque, une technique qui permet d’imager les variations de la concentration d’oxygène et du volume sanguin dans le tissu neuronal, sur une grande surface corticale. Comme l’organisation rétinotopique est maintenue au niveau de l’aire V1, l’espace activé au niveau du cortex révèlera l’étendue spatiale de notre stimulation optogénétique du CGL. Les expériences in vivo démontrèrent qu’en déplaçant la fibre optique dans le CGL, il nous était possible de stimuler différents sous- ensembles de neurones dans cette structure thalamique. En conclusion, cette étude montre notre capacité à développer un système à base de fibre optique capable de stimuler optogénétiquement une population de neurone avec une grande précision spatiale.