L'acquisition de l'électrocardiogramme (ECG) est recommandée lors d'examens d'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) pour le monitorage des patients et la synchronisation de l'acquisition IRM avec l'activité cardiaque. L'environnement IRM, de par ses trois composantes physiques caractéristiques, perturbe les signaux ECG. Les gradients de champ magnétique compliquent notamment grandement l'analyse de l'ECG de manière non conventionnelle. Le développement de traitements spécifiques est donc nécessaire, les méthodes existantes de détection QRS et de débruitage ne répondant pas de manière satisfaisante à ce problème. Une base de données ECG en IRM a été réalisée, afin de permettre le développement de nouvelles méthodes et leur évaluation selon deux critères : la qualité de détection des battements cardiaques et une estimation du rapport signal sur bruit spécifique à ces enregistrements. Un détecteur QRS capable de traiter ces signaux fortement bruités a été proposé. Cette technique est basée sur la détection et la caractérisation des singularités à partir des lignes de maxima d'ondelettes. Ce détecteur apporte une information sur le rythme cardiaque, primordiale pour la mise en place de nouvelles approches statistiques. Une méthode de débruitage basée sur l'analyse en composantes indépendantes a été présentée. Celle-ci utilise uniquement les signaux ECG. Une approche bayésienne de débruitage, reposant sur une unification de deux modèles (d'ECG et des artefacts de gradient), a été proposée. Enfin, l'approche bayésienne a également été suggérée pour prédire le rythme cardiaque, afin d'améliorer la stratégie de synchronisation. / Electrocardiogram (ECG) is required during Magnetic Resonance Imaging (MRI), for patient monitoring and for the synchronization of MRI acquisitions and heart activity. The MRI environment, due to its three characteristic physic components, highly disturbs ECG signals. For instance, the magnetic field gradients strongly complicate the ECG analysis in a non conventional manner. The development of specific signal processing tools is thus required. Existing methods, whether QRS detector or denoising techniques, do not accurately process these signals. A database of ECG acquired in MRI has been built, enabling the development of new processing techniques and their evaluation by using the folllowing two criteria : the cardiac beat detection quality and the signal to noise ratio estimated specifically on these particular recordings. A QRS detector, processing the noisy ECG signals, has been proposed. This technique is based on the singularity detection and characterisation provided by the wavelet modulus maximum lines. This detector provides helpful information on cardiac rhythm, for the development of novel techniques with a statistical approach. A new denoising method based on independent component analysis has been presented. This technique takes only advantage of the ECG signals. Two Bayesian based denoising methods, unifying two models (of ECG and gradient artifacts) in one state-space formulation have been proposed. Bayesian filtering has also been suggested for cardiac rhythm prediction, in order to improve the synchronization strategy.

Les troubles de la mémoire épisodique sont fréquents à la suite d'un traumatisme cranio-cérébral (TCC). De même, le vieillissement est caractérisé par un déclin de la mémoire épisodique. Conséquemment, l'effet synergique du vieillissement et du TCC pourrait exacerber les atteintes de la mémoire épisodique à la suite d'un TCC chez les personnes âgées. La technique des potentiels évoqués (PE) est une méthode ayant la capacité de mettre en évidence des dysfonctionnements neuronaux subtils pouvant être à l'origine de troubles de la mémoire épisodique. Jusqu'à présent, aucune étude n'a porté sur les corrélats neuronaux de la mémoire épisodique à l'aide de la méthode des potentiels évoqués, lors de l'utilisation de stratégies d'encodage par des personnes âgées ayant subi un TCC. Pour combler cette lacune, la présente thèse comporte des travaux menés sur les PE lors de l'encodage (étude 1) et de la récupération épisodique (étude 2) auprès de personnes âgées saines et ayant subi un TCC lors d'un paradigme de mémoire épisodique dans lequel le niveau d'organisation sémantique est manipulé en encodage. Les résultats comportementaux obtenus au paradigme de mémoire montrent des déficits mnésiques à la suite d'un TCC. Les résultats électrophysiologiques de l'encodage (étude 1) montrent un dysfonctionnement, chez les personnes âgées ayant subi un TCC, des bases neuronales sous-tendant les processus attentionnels et associatifs impliqués dans les stratégies mnésiques. L'altération de ces processus pourrait être attribuable à des déficits des fonctions exécutives. Les résultats suggèrent également qu'un TCC exacerbe les difficultés à auto-initier des stratégies mnésiques. Les résultats électrophysiologiques de la récupération (étude 2) suggèrent que le TCC induit une altération des mécanismes neuronaux de la familiarité et de la remémoration consciente. De plus, la présence d'un old/new effect précoce (P200, 150-300 ms) et d'un late frontal old/new effect uniquement chez le groupe témoin révèle que le TCC induit un déficit d'allocation des ressources attentionnelles et de la mémoire de travail nécessaire à la récupération. Les résultats de ces deux études permettent de décrire les effets couplés du vieillissement et du TCC sur la mémoire épisodique, et montrent que le TCC entraîne des dysfonctionnements neuronaux de l'encodage et de la récupération à l'origine des troubles de la mémoire épisodique. Ces travaux permettent d'amorcer une réflexion sur la prise en charge des patients cérébrolésés âgés et d'orienter des stratégies de récupération qui prennent en considération les sphères de la mémoire épisodique altérées.

Les orthoptères possèdent à l‟arrière de leur corps deux organes appelés « cerques », recouverts de poils mécanosensoriels qui leur permettent de percevoir des courants d‟air, en particulier ceux générés par l‟attaque de prédateurs. Le système sensoriel cercal comprenant notamment des poils filiformes (récepteurs de vent) et le système nerveux traitant les informations perçues, à fait l‟objet de nombreuses études depuis près d‟un demi siècle. Toutefois, ces études n‟ont que rarement pris en compte les conditions naturelles dans lesquelles le système fonctionne. Nous nous sommes donc attachés à mieux comprendre comment le système cercal permet aux insectes qui le possèdent, de détecter l‟attaque des prédateurs dans leur milieu naturel. Pour cela, nous avons étudié le grillon des bois Nemobius sylvestris, dont l‟habitat naturel, la litière des bois, est facilement accessible, permettant des études sur le terrain. Dans notre étude, nous avons utilisé des techniques d‟analyse quantitative du comportement, d‟électrophysiologie et d‟optophysiologie. Afin de stimuler de manière appropriée, nous avons utilisé un piston mimant l‟attaque d‟un prédateur naturel (l‟araignée loup). Nous avons tout d‟abord, grâce à des études comportementales, analysé les capacités de détection et de fuite des grillons. Nous avons observé que les cerques jouent un rôle prédominant dans la détection de l‟attaque. Néanmoins, d‟autres organes seraient impliqués. La détection de l‟approche du piston n‟a pas toujours abouti à une fuite efficace (c‟est à dire sans contact avec le piston). Il a également été observé que l‟efficacité de la fuite varie en fonction de la direction d‟approche du piston. Des enregistrements extracellulaires ont été réalisés sur la chaîne nerveuse ventrale de grillons libres en milieu naturel ainsi qu‟en laboratoire. L‟analyse des données nous a permis d‟observer que le système sensoriel cercal perçoit le bruit de fond qui semble générer une modulation de l‟activité nerveuse en réponse à l‟approche du piston. Les interneurones ascendants enregistrés répondaient de manière maximale pour un courant d‟air autour du cerque de 8 mm/s. Nous avons mis en place un système d‟enregistrement optophysiologiquede l‟activité calcique dans les neurones du système nerveux central des grillons et un logiciel a été développé permettant l‟analyse de ces données. Les résultats de notre étude sont discutés dans une perspective écologique d‟interaction avec le milieu et dans le contexte d‟une réelle attaque par un prédateur.

Le sujet de la thèse est l'analyse de la variabilité de forme d'un ensemble de signaux avec comme principales applications le traitement des signaux électrophysiologiques mesurés sur la chaîne auditive et le cœur. Cette variabilité de forme des signaux est souvent présente dans les signaux issus de processus naturels et elle est porteuse d'information. Pour accéder à cette information, il est nécessaire de formaliser le concept d'écart de forme et de proposer des outils statistiques spécifiques. Certaines méthodes, issues de la communauté statistique, ont été récemment proposées pour analyser la variabilité présente dans un ensemble de signaux. Ces méthodes travaillent dans un cadre fonctionnel en considérant les données comme des observations de fonctions. Elles cherchent à éliminer la variabilité temporelle dans le but d'accéder à une variabilité d'amplitude par divers algorithmes dit de « recalage de courbes ». Dans cette thèse nous proposons de nouvelles méthodes d'analyse de forme qui utilisent aussi un réalignement temporel (ang : time warping) mais dont le sens diffère des approches de recalage de courbes. De plus, ces méthodes proposent une moyenne de forme et distance de forme permettant la mesure de la variabilité de forme. Au chapitre 1, nous présentons toutes ces méthodes et les comparons afin d'aider l'utilisateur à bien choisir suivant l'application dédiée. <br /><br />Au chapitre 2, nous nous intéressons à la caractérisation objective de l'acouphène, une sensation sonore fantôme. En effet, un problème majeur est l'absence de critère objectif pour le caractériser. Pour cela nous étudions l'activité spontanée composite (ASC) issue du nerf auditif et les potentiels évoqués (PE) issus de relais auditifs en présence de salicylate, un générateur d'acouphènes, chez le cochon d'Inde. La première partie du travail consiste en la présentation d'un modèle de génération de l'ASC. Ce modèle nous sert à tester en simulation des scénarios possibles d'altérations neurosensorielles en présence de salicylate. En complément de l'index spectral décrit dans la littérature, nous proposons d'employer un critère de similarité sur la distribution d'amplitude de l'ASC pour mesurer ces altérations. La seconde partie du chapitre consiste à étudier la variabilité temporelle des PE sur plusieurs relais auditifs en présence de salicylate. <br /><br />Au chapitre 3, nous montrons des applications de détection de pathologies à partir de l'analyse de forme d'une composante spécifique de l'ECG, l'onde P. Les pathologies concernées sont la fibrillation auriculaire et l'apnée du sommeil.

Les traumatismes crâniens peuvent provoquer des troubles de la perception de molécules odorantes chez l’homme. Les causes de ces troubles post-traumatiques peuvent être : une altération mécanique dans la cavité nasale, des cisaillements des filets nerveux olfactifs et des lésions des régions cérébrales impliquées dans le traitement de l’information olfactive.Il est crucial en clinique ORL de pouvoir déterminer objectivement la fonctionnalité de l’odorat.Pour cela, nous avons conçu une méthode d’enregistrement électrophysiologique des potentiels évoqués olfactifs incluant, en plus de la composante classique P2/P3, une composante cognitive reflétant la perception du stimulus odorant : la variation de contingence négative (CNV).Cette méthode a été tout d’abord validée avec 24 sujets normosmiques et 8 sujets totalement anosmiques (absence congénitale des bulbes olfactifs). La CNV était présente chez tous les normosmiques contrairement à l’onde P2/P3 présente dans seulement 82% (28/34 cavités nasales stimulées) des observations. Les signaux sont tous absents chez les anosmiques.Nous avons aussi examiné 41 patients se plaignant d’anosmie ou d’une hyposmie associée à une perception déformée des odeurs. Dans la plupart des cas ces troubles étaient consécutifs à un choc occipital et/ou temporal. Les enregistrements ont été confrontés aux observations IRM focalisées sur la région des bulbes olfactifs : aspect des bulbes olfactifs et lésions dans le gyrus rectus et le gyrus orbitaire médian.Dans la grande majorité des cas, les deux bulbes présentaient un aspect anormal et les enregistrements électrophysiologiques montraient une absence totale de fonctionnalité.Cependant pour quelques patients, l’anormalité de l’aspect des bulbes n’empêchait pas la transmission de l’information au cerveau, comme indiqué par l’enregistrement des potentiels évoqués. Dans ce cas, la lésion bulbaire était associée à une parosmie (perception déformée des odeurs) et à une incapacité d’identification de celles-ci.Au bilan, notre méthode d’enregistrement permet, au niveau de chaque individu, d’obtenir de façon objective des informations essentielles permettant le diagnostic objectif de l’existence d’un trouble de l’odorat. Notre étude des traumatisés crâniens montre que la région des bulbes olfactifs est fragile et susceptible d’être endommagée partiellement ou totalement, même en cas de traumatisme crânien de relativement faible importance. / Head traumas can cause trouble of odor perception in humans. The causes of these post-traumatic troubles can be either mechanical damage to the nasal cavity, shearing of olfactory nerve fibers or lesions of the brain regions involved in processing olfactory information.In clinical ENT, it is crucial to objectively determine olfaction functionality.We developed electrophysiological recording of olfactory evoked potentials including, in addition to the classic P2/P3 component, a cognitive component reflecting the perception of odorants i.e.: the contingent negative variation (CNV).This method was first validated with 24 normosmic subjects and 8 completely anosmic subjects (congenital anosmia without olfactory bulb). The CNV was present in all normosmic subjects whereas P2/P3 was present in only 82 % (28/34 nasal cavities stimulated) of the observations. No signal was observed in any anosmic subjects.We also examined 41 patients complaining of anosmia or hyposmia associated with a distorted perception of odorants. In most cases, these troubles were consecutive to an occipital and / or temporal impact. The recordings were compared to MRI observations focusing on the region of the olfactory bulbs which exhibited olfactory bulbs lesions and lesions in the gyrus rectus and in the medial orbital gyrus. In most cases, the two bulbs had an abnormal appearance and electrophysiological recordings showed a complete lack of functionality. However, for some patients, the abnormal aspect of the bulb did not prevent the transmission of information to the brain, as indicated by the electrophysiological responses. In this case, the bulbar lesion was associated with parosmia (distorted perception of smell) and an inability to identify odors.In conclusion, our recording method allows obtaining, for each subject, the essential information for an objective diagnosis of the existence of a smell disorder. Our study of patients with head trauma shows that the region of the olfactory bulbs is fragile and can be damaged either partially or completely, even for light head trauma.

Ce mémoire aborde l'analyse et le traitement de données biomédicales. L'objectif est d'extraire des informations nécessaires au diagnostic de certaines pathologies. Plus précisément, ce rapport de thèse peut être scindé en deux parties. La première concerne l'élaboration d'un système ambulatoire multi-varié qui permette d'explorer les fonctions neurologiques nécessaires au diagnostic de différents troubles du sommeil. Des méthodes de séparation aveugle de sources, développées pour des mélanges instantanés, ont été étudiées et appliquées pour répondre à ce problème. La seconde partie porte sur l'étude du système nerveux autonome. Le but est de caractériser le profile sympathique et parasympathique des patients. Face aux différents problèmes mathématiques rencontrés, nous avons élaboré de nouvelles méthodes d'estimation de phase. Ces dernières ont fait l'objet d'une étude comparative au travers de simulations numériques.

L’insuffisance cardiaque (IC) est associée à une mortalité élevée et de récurrentes hospitalisations. Sa détection précoce et sa prise en charge sont alors considérées fondamentales à une amélioration de la survie et de la qualité de vie des patients qui en souffrent. Pourtant, bien que des lignes directrices synthétisant les évidences des essais cliniques phares soient périodiquement publiées pour guider les cliniciens dans la prise en charge de l’IC, l’adhésion des professionnels de la santé à celles-ci semble être insatisfaisante. En effet, alors que les taux de prescription de certaines thérapies soient élevés, les doses prescrites n’atteignent pas toujours les cibles recommandées et d’autres thérapies sont moins utilisées. Ainsi, bien que l’inertie clinique puisse justifier une partie de ces lacunes, une caractérisation plus élaborée de cette adhésion aux lignes directrices en milieu clinique est nécessaire à une meilleure compréhension de ces écarts et par le fait même, à une meilleure prise en charge de l’IC. L’objectif de ce projet est alors de dresser, dans un premier temps, un portrait détaillé de la prise en charge des patients atteints d’IC avec une fraction d’éjection réduite suivis par une équipe interdisciplinaire dans une clinique ambulatoire spécialisée au Québec puis, dans un second temps, d’évaluer l’impact de cette adhésion sur le pronostic de ces patients. Le premier papier présenté dans ce travail démontre non seulement des taux de prescriptions élevés, mais également des taux d’optimisation des thérapies recommandées supérieurs à ce qui est rapporté dans la littérature, lorsque les paramètres physiologiques et biologiques propres à chaque patient sont considérés. Il reste néanmoins une proportion considérable de patients qui nécessitent une titration plus lente au-delà des 6 mois recommandés tandis que d’autres demeurent indéfiniment à des doses inappropriées. Le second papier présenté approfondit cette analyse et démontre que les patients recevant un traitement pharmacologique aux doses optimales sont ceux qui présentent le meilleur pronostic dans l’année suivant la période d’optimisation allouée, suivis de ceux nécessitant une titration prolongée puis, ceux demeurant à des doses sous-optimales. Or, les patients à plus haut risque de morbidité ou de mortalité sont ceux présentant une intolérance ou une contre-indication aux thérapies recommandées, une population de patients fragiles nécessitant une attention particulière lors de la prise en charge de leur IC. / Heart failure (HF) is associated with high mortality rates and recurrent hospitalizations. Hence, its early detection and optimal management are essential to improve the survival and quality of life of patients who suffer from it. Yet, although guidelines synthesizing evidence from landmark clinical trials are periodically published to guide clinicians regarding the management of HF, healthcare providers’ adherence to these recommendations appears to be unsatisfactory. Indeed, while the prescription rates for some therapies are high, doses prescribed do not always reach recommended targets, let alone other therapies that are less often used. Although clinical inertia has been suggested to potentially justify some of these care gaps, a more elaborate characterization of this adherence to guidelines in the real-world clinical setting is necessary for a better understanding of these deviations and ultimately, for a better management of HF. The objective of this project is therefore to, firstly, draw-up a detailed portrait of the management of patients with HF and reduced ejection fraction (HFrEF) followed by a multidisciplinary team in a specialized outpatient clinic in Quebec and then, to assess the impact of the different level of adherence to guidelines on the prognosis of these patients. The first paper presented in this work demonstrates not only high prescription rates, but also rates of optimization of recommended therapies higher than what was previously reported in the literature, when physiological and biological parameters specific to each patient are considered. However, there remains a considerable proportion of patients who require slower titration beyond the recommended 6 months while others remain indefinitely on inappropriately low doses. The second paper presented deepens this analysis and demonstrates that patients receiving pharmacological treatment at optimal doses are those with the best prognosis in the year following the allocated optimization period, followed by those requiring prolonged titration and then those remaining at suboptimal doses. However, the patients at the highest risk of morbidity or mortality are those presenting an intolerance or a contraindication to the recommended therapies, a population of fragile patients requiring special attention during the management of their HF.

Les neurones thalamiques de relai ont un rôle exclusif dans la transformation et de transfert de presque toute l'information sensorielle dans le cortex. L'intégration synaptique et la réponse électrophysiologique des neurones thalamiques de relai sont déterminées non seulement par l’état du réseau impliqué, mais ils sont également contrôlés par leurs propriétés intrinsèques tels les divers canaux ioniques voltage-dépendants ainsi que l’arborisation dendritique élaboré. Par conséquent, investiguer sur le profil complexe de morphologie dendritique et sur les propriétés dendritiques actives révèle des renseignements importants sur la fonction d'entrée-sortie de neurones thalamiques de relai. Dans cette étude, nous avons reconstruit huit neurones thalamocorticaux (TC) du noyau VPL de chat adulte. En se basant sur ces données morphologiques complètes, nous avons développé plusieurs modèles multicompartimentaux afin de trouver un rôle potentiellement important des arbres dendritiques des neurones de TC dans l'intégration synaptique et l’intégration neuronale. L'analyse des caractéristiques morphologiques des neurones TC accordent des valeurs précises à des paramètres géométriques semblables ou différents de ceux publiés antérieurement. En outre, cette analyse fait ressortir de tous nouveaux renseignements concernant le patron de connectivité entre les sections dendritiques telles que l'index de l'asymétrie et la longueur de parcours moyen (c'est-à-dire, les paramètres topologiques). Nous avons confirmé l’étendue des valeurs rapportée antérieurement pour plusieurs paramètres géométriques tels que la zone somatique (2956.24±918.89 m2), la longueur dendritique totale (168017.49±4364.64 m) et le nombre de sous-arbres (8.3±1.5) pour huit neurones TC. Cependant, contrairement aux données rapportées antérieurement, le patron de ramification dendritique (avec des cas de bifurcation 98 %) ne suit pas la règle de puissance de Rall 3/2 pour le ratio géométrique (GR), et la valeur moyenne de GR pour un signal de propagation est 2,5 fois plus grande que pour un signal rétropropagé. Nous avons également démontré une variabilité significative dans l'index de symétrie entre les sous-arbres de neurones TC, mais la longueur du parcours moyen n'a pas montré une grande variation à travers les ramifications dendritiques des différents neurones. Nous avons examiné la conséquence d’une distribution non-uniforme des canaux T le long de l'arbre dendritique sur la réponse électrophysiologique émergeante, soit le potentiel Ca 2+ à seuil bas (low-threshold calcium spike, LTS) des neurones TC. En appliquant l'hypothèse du «coût minimal métabolique», nous avons constaté que le neurone modélisé nécessite un nombre minimal de canaux-T pour générer un LTS, lorsque les canaux-T sont situés dans les dendrites proximales. Dans la prochaine étude, notre modèle informatique a illustré l'étendue d'une rétropropagation du potentiel d'action et de l'efficacité de la propagation vers des PPSEs générés aux branches dendritiques distales. Nous avons démontré que la propagation dendritique des signaux électriques est fortement contrôlée par les paramètres morphologiques comme illustré par les différents paliers de polarisation obtenus par un neurone à équidistance de soma pendant la propagation et la rétropropagation des signaux électriques. Nos résultats ont révélé que les propriétés géométriques (c.-à-d. diamètre, GR) ont un impact plus fort sur la propagation du signal électrique que les propriétés topologiques. Nous concluons que (1) la diversité dans les propriétés morphologiques entre les sous-arbres d'un seul neurone TC donne une capacité spécifique pour l'intégration synaptique et l’intégration neuronale des différents dendrites, (2) le paramètre géométrique d'un arbre dendritique fournissent une influence plus élevée sur le contrôle de l'efficacité synaptique et l'étendue du potentiel d'action rétropropagé que les propriétés topologiques, (3) neurones TC suivent le principe d’optimisation pour la distribution de la conductance voltage-dépendant sur les arbres dendritiques. / Thalamic relay neurons have an exclusive role in processing and transferring nearly all sensory information into the cortex. The synaptic integration and the electrophysiological response of thalamic relay neurons are determined not only by a state of the involved network, but they are also controlled by their intrinsic properties; such as diverse voltage-dependent ionic channels as well as by elaborated dendritic arborization. Therefore, investigating the complex pattern of dendritic morphology and dendritic active properties reveals important information on the input-output function of thalamic relay neurons. In this study, we reconstructed eight thalamocortical (TC) neurons from the VPL nucleus of adult cats. Based on these complete morphological data, we developed several multi-compartment models in order to find a potentially important role for dendritic trees of TC neurons in the synaptic integration and neuronal computation. The analysis of morphological features of TC neurons yield precise values of geometrical parameters either similar or different from those previously reported. In addition, this analysis extracted new information regarding the pattern of connectivity between dendritic sections such as asymmetry index and mean path length (i.e., topological parameters). We confirmed the same range of previously reported value for several geometric parameters such as the somatic area (2956.24±918.89 m2), the total dendritic length (168017.49±4364.64 m) and the number of subtrees (8.3±1.5) for eight TC neurons. However, contrary to previously reported data, the dendritic branching pattern (with 98% bifurcation cases) does not follow Rall’s 3/2 power rule for the geometrical ratio (GR), and the average GR value for a forward propagation signal was 2.5 times bigger than for a backward propagating signal. We also demonstrated a significant variability in the symmetry index between subtrees of TC neurons, but the mean path length did not show a large variation through the dendritic arborizations of different neurons. We examined the consequence of non-uniform distribution of T-channels along the dendritic tree on the prominent electrophysiological response, the low-threshold Ca2+ spike (LTS) of TC neurons. By applying the hypothesis of “minimizing metabolic cost”, we found that the modeled neuron needed a minimum number of T-channels to generate low-threshold Ca2+ spike (LTS), when T-channels were located in proximal dendrites. In the next study, our computational model illustrated the extent of an action potential back propagation and the efficacy of forward propagation of EPSPs arriving at the distal dendritic branches. We demonstrated that dendritic propagation of electrical signals is strongly controlled by morphological parameters as shown by different levels of polarization achieved by a neuron at equidistance from the soma during back and forward propagation of electrical signals. Our results revealed that geometrical properties (i.e. diameter, GR) have a stronger impact on the electrical signal propagation than topological properties. We conclude that (1) diversity in the morphological properties between subtrees of a single TC neuron lead to a specific ability for synaptic integration and neuronal computation of different dendrites, (2) geometrical parameter of a dendritic tree provide higher influence on the control of synaptic efficacy and the extent of the back propagating action potential than topological properties, (3) TC neurons follow the optimized principle for distribution of voltage-dependent conductance on dendritic trees.

Les modèles murins de la Sclérose Latérale Amyotrophique (SLA) ont permis des avancées dans la compréhension des mécanismes pouvant conduire à la mort sélective et progressive des motoneurones (Mns) mais ils présentent des disparités dans la sévérité et le décours temporel de la maladie. Parmi les hypothèses avancées figurent des modifications des propriétés intrinsèques des motoneurones conduisant à des modifications de l’excitabilité et de l’homéostasie du calcium intracellulaire et à la mort du motoneurone.Nous avons donc étudié les propriétés électrophysiologiques des Mns lombaires de souris SOD1G85R et SOD1G93A, deux modèles à faible nombre de copies du gène humain muté, durant les deux premières semaines postnatales afin d’identifier d’éventuelles anomalies pré-symptomatiques précoces. Nos travaux ont été réalisés sur deux préparations in vitro de moelle entière isolée et de tranches de moelle épinière. Les Mns mutants présentent, sur les deux types de préparations, une altération des propriétés du potentiel d’action se traduisant par un allongement de la durée associée à une diminution des vitesses maximales de dépolarisation et repolarisation et une réduction d’amplitude. Ces altérations apparaissent entre P2-P5 dans les Mns SOD1G85R et entre P6-P10 dans les Mns SOD1G93A et suggèrent une diminution de la densité des canaux sodiques et potassiques associés au potentiel d’action. Nous avons aussi observé sur des tranches de moelle épinière entre P6-P10 que le gain de fréquence des Mns SOD1G85R diminue et celui des SOD1G93A augmente sans aucune modification des densités des courants entrants persistants sodiques et calciques. On note également que, sur tranches de moelle épinière, les Mns SOD1G93A présentent un potentiel de repos diminué. En présence d’une surcharge calcique extracellulaire, les propriétés membranaires des Mns SOD1G85R entre P6-P10 sont moins affectées que celles des Mns témoins. Les effets différentiels de cette surcharge peuvent être dus à des modifications différentes de la dépendance au voltage des canaux voltage-dépendants et/ou à la modulation de certains types de canaux activés par le calcium extracellulaire. Une arborisation dendritique plus ramifiée que celle de Mns témoins, comparable à celle précédemment décrite dans les Mns SOD1G85R, a été observée dans les Mns SOD1G93A à P8-P9 avec des altérations du potentiel d’action citées plus haut et une réduction de la rhéobase. Ces altérations morphologiques et électriques pourraient indiquer des modifications de cinétiques et/ou de densités de canaux sur des sites différents dans ces Mns. Nos travaux montrent donc, d’une part que les mutations SOD1G85R et SOD1G93A induisent dans ces deux modèles murins des altérations des propriétés des Mns lombaires comparables mais décalées dans le temps et d’autre part que certaines altérations semblent être spécifiques à une mutation SOD1 donnée. / The SOD1 murine models of Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS) allowed major progress in the understanding of mechanisms which could lead to a selective loss of motoneurons (Mns), but these models display differences in the severity and time course of the disease. Changes in intrinsic properties of motoneurons may induce changes in excitability and intracellular calcium homeostasis leading to motoneuron death.Therefore, we studied electrophysiological properties of lumbar Mns from SOD1G85R and SOD1G93A mice, low expressor lines, during the first two postnatal weeks in order to identify possible early presymptomatic abnormalities. Our studies were carried out on two in vitro preparations: the whole isolated spinal cord and acute spinal cord slices. Mutant Mns display, in the two preparations, a modified action potential characterized by an increased duration due to a decrease of the maximal speeds of depolarisation and repolarisation and a reduction of the spike amplitude. These alterations appeared between P2-P5 in SOD1G85R Mns and between P6-P10 in SOD1G93A Mns and suggest a decrease of the density of sodium and potassium channels related to action potential. We also showed on spinal cord slices between P6-P10 that the gain of frequency decreases for SOD1G85R Mns and increases for SOD1G93A Mns without any change in the density of persistent inward sodium or calcium currents in these different mutant Mns. We observed also that the resting membrane potential of SOD1G93A Mns on spinal cord slices is decreased. The membrane properties of SOD1G85R Mns between P6-P10 were less susceptible to changes in presence of an extracellular calcium overload. Differential effects of this extracellular calcium overload on membrane properties of WT and SOD1G85R Mns could be due to different alterations of the potential dependence of voltage-gated channels and/or to the modulation of some types of channels sensitive to extracellular calcium. An over-branching of dendritic arborization, similar to that previously described in SOD1G85R Mns, was observed in SOD1G93A at P8-P9 with the above-mentioned action potential alterations and a weak rheobasic current. These morphogical and electrical changes could indicate together alterations of kinetics and/or density of channels on different sites on these Mns. In conclusion, our work shows on one hand that SOD1G85R and SOD1G93A mutations induce similar alterations of lumbar Mns properties but time-shifted in these two murine models and on the other hand that some alterations seem to be specific to a given SOD1 mutation.

Dans notre environnement, nous sommes constamment exposés à de multiples stimuli sensoriels que notre cerveau doit analyser. Afin d'interagir avec le monde qui nous entoure, nous devons intégrer ces différentes sources d'informations sensorielles. L'étude des processus d'intégration multisensorielle est essentielle pour comprendre comment le cerveau intègre les éléments séparés d'un objet défini par plusieurs composantes sensorielles pour former un percept unifié. Il est maintenant couramment admis que la présentation conjointe de plusieurs informations sensorielles de modalités différentes d'un même stimulus peut faciliter la perception. Cette facilitation multisensorielle semble être soumise à des règles particulières puisque certains facteurs l'influencent. Parmi eux, nous avons étudié, dans notre première étude, l'impact de trois facteurs que sont la saillance, la congruence sémantique et le changement de modalité sur les performances de détection de stimuli naturels chez l'homme et le singe. L'utilisation de stimuli naturels nous a permis de mettre en lumière l'influence des paramètres physiques des stimuli sur l'intégration multisensorielle. De plus, nous avons montré que les effets de ces facteurs sur des stimuli naturels diffèrent de ceux retrouvés avec des stimuli simples. Ces résultats convergent vers des effets multifactoriels sur la facilitation multisensorielle dont la force, les interdépendances et l'ordre varieraient en fonction de la tâche comportementale et de ce fait, de la charge cognitive. D'un point de vue anatomique et plus précisément au niveau cortical, les processus d'intégration multisensorielle paraissaient être jusqu'à récemment une caractéristique que seules possédaient les aires associatives situées au sommet de la hiérarchie du traitement de l'information. On sait maintenant que des aires corticales de bas niveau, pensées jusque-là comme étant unisensorielles, sont impliquées dans les processus multisensoriels, soulevant ainsi la question des aires sous-corticales. Des études anatomiques ont mis en évidence l'existence de noyaux thalamiques qui, par leurs connexions, pourraient permettre un transfert rapide et même une intégration des informations sensorielles. Cette nouvelle littérature témoigne de la grande complexité des réseaux cérébraux de la multisensorialité. Dans deux études électrophysiologiques chez le singe, nous avons examiné les propriétés multisensorielles de deux structures, le gyrus cingulaire postérieur et le pulvinar médian, qui n'avaient jamais été explorées auparavant dans un contexte multisensoriel. Nous avons montré que ces structures sont non seulement multisensorielles mais également intégratives et qu'elles pourraient appartenir à un même système fonctionnel. Ces travaux de thèse ont apporté des éléments supplémentaires quant à notre compréhension des processus d'intégration multisensorielle au niveau comportemental et des réseaux cérébraux sous-jacents et particulièrement ceux liés à l'intégration de stimuli naturels. / In our environment, we are constantly exposed to multiple sensory stimuli that our brain has to analyze. To interact with the surrounding world, we have to integrate these different sources of sensory information. The study of the processes of multisensory integration are essential in understanding how our brain integrates the individual parts of an object defined by several sensory components to arrive at a unified percept. It is now widely accepted that the concurrent presentation of several sensory information about the same stimulus in different modalities can facilitate its perception. This multisensory facilitation seems to be subjected to specific rules since some factors influence it. Amongst them, we have studied, in our first experiment, the impact of three factors, namely saliency, semantic congruency and modality switch, on the detection of natural stimuli in humans and monkeys. Using natural stimuli enabled us to highlight the influence of the physical parameters of stimuli on multisensory integration. Moreover, we showed that the effect of these factors on natural stimuli are different from those found with simple stimuli. These results point toward multifactorial effects on multisensory facilitation, of which the force, the interdependency and the order would vary as a function of the behavioral task, and, thus as a function of the cognitive load. From an anatomical point of view and more specifically at the cortical level, the integration mechanism appeared to be, until recently, a characteristic possessed only by associative areas at the top of the hierarchy of information processing. We now know that low level cortical areas, thought up to then to be only unisensory, are implicated in multisensory processes, thus raising the question about subcortical areas. Anatomical studies have shown the existence of thalamic nuclei which, through their connectivity, could allow for a rapid transfer and even an integration of sensory information. This new literature demonstrates the high complexity of the multisensory cerebral networks. In two electrophysiological studies in the monkey, we examined the multisensory properties of two structures, the posterior cingulate gyrus and the median pulvinar, which had never been explored before in a multisensory context. We not only showed that these structures are multisensory, but also integrative and that they could be part of the same functional network. This thesis has brought additional elements towards a better understanding of multisensory integration processes at the behavioral level and about the underlying brain networks, in particular those linked with the integration of natural stimuli.