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

Le but de cette thèse était d'étudier l'organisation anatomo-fonctionnelle du système sensorimoteur humain et la façon dont les mouvements volontaires sont produits et contrôlés. Avec le développement de l’imagerie cérébrale, des méthodes de corrélation anatomo-clinique et de stimulation électrique directe cérébrale, de nombreuses avancées scientifiques ont pu être réalisée. Ces trois approches complémentaires ont été utilisé dans cette thèse afin d’améliorer la compréhension de l’organisation sensorimotrice cérébrale. Dans la première étude (soumise à publication), nous avons montré que la chirurgie cérébrale éveillée utilisant la stimulation électrique directe est une procédure sûre et efficace chez les enfants afin de réduire le déficit neurologique postopératoire. L'approche améliore la précision de la détection des zones éloquentes, avec une bonne tolérance neuropsychologique et psychologique. Une évaluation psychologique et neuropsychologique est essentielle. Dans une deuxième série de deux études, nous avons montré que la partie dorso-postérieure dorsal du cortex pariétal (DPPr) est une structure clé dans l'organisation complexe du mouvement manuel fin chez l'homme à travers la mise en oeuvre d'une boucle sensori-parieto-motrice.La première étude (publiée, Current Biology 2018) montre que la stimulation électrique directe d’une region corticale focale dans la partie dorso-postérieure du cortex pariétal entraine l’inhibition de la production du mouvement manuel, c’est-à-dire bloque l'initiation et la réalisation de ce dernier, sans produire de contraction musculaire ni de sensation consciente de mouvement. Dans la seconde étude (en cours de soumission), nous avions pour objectif d'identifier précisément les bases anatomiques du circuit parietal inhibiteur précédemment décrit. Grâce à la tractographie de diffusion (DTI), nous avons réussi à isoler des projections ipsilatérales spécifiques reliant les sites d’inhibition du DPPr, retrouvés dans la première étude, avec la zones dévolues au contrôle distal fin dans les cortex primaires moteur (M1) et sensoriel (S1). Ces données montrent que la boucle pariétale inhibitrice est directe depuis S1 vers DPPr vers M1 (même s'il n'est pas possible d'exclure l'existence d'échanges bidirectionnels entre ces aires). Dans la dernière étude (en cours de soumission), nous nous sommes intéressé à une structure motrice fondamentale, qui supporte 50 % des invasions tumorales chez l'enfant : le cervelet. Il s'agissait de déterminer si les lésions précoces étaient oui ou non prédictives d'une récupération déficitaire à long terme après prise en compte des covariables les plus critiques. Nous avons mesuré la récupération fonctionnelle à long terme chez 3 groupes survivants de lésion de la fosse postérieure. Les 3 groupes étaient comparables en ce qui concerne leurs caractéristiques tumorales mais opérés à différents âges : jeune (≤ 7 ans), moyen (> 7 ans et ≤ 13 ans) et tardif (> 13 ans). La qualité de vie (échelles cliniques : Health-related Quality of Life -hrQol- et Performance Status -PS-), les performances motrices (ataxie -ICARS- et motricité fine -Pegboard-) et cognitif (quotient intellectuel -FSIQ-) furent mesurés. L'âge précoce lors de la chirurgie, une lésion des noyaux profonds cérébelleux et la nécessité d'une radiothérapie postopératoire révélèrent une influence significativement négative et indépendante sur la récupération à long terme des participants. Ces résultats confirment l'existence d'une période critique de développement au cours de laquelle la "machine à apprendre" cérébelleuse revêt une importance cruciale / The aim of the thesis was to investigate the mapping of the anatomofunctional organization of the human sensorimotor system and how volutional movements of human are produced and controlled. Neuroimaging and especially DTI, fine anatomo-functional observation in patient and direct electrical stimulation were considered. This multi-modal approach permitted to improve our understanding of sensorimotor organization in humans. In the first study, we showed that awake brain surgery with the use of direct electrical stimulation is a safe and efficient procedure in children in order to decrease post-operative neurological deficit. It improves the accuracy of detecting eloquent area, with a good tolerance from a neuropsychological and psychological aspect. Age-adapted neuropsychologic preparation may enable offering ABS even to younger children on an individual basis. In a second series of two studies, we showed that the dorso-posterior part of the parietal cortex is a key structure in the complex organization of movement in human with a S1-DPPr-M1 loop. In the first study, direct electrical stimulation of focal cortical site in the dorso-posterior part of the parietal cortex triggered inhibition of movement production and blocked ongoing movement without producing muscle contraction or conscious movement sensation. In the second study, we aimed to find a direct projection from the PRR, defined in the first study (Desmurget et al., 2018), to the primary motor cortex and the primary somatosensory cortex. Thanks to the DTI state-of-the-art tractography, we succeeded in finding such major ipsilateral streamlines projecting in the well-known hand knob region giving new insights of the white matter structures involved in the inhibition of volitional hand movements. These observations confirm clinical per-operative data showing that stimulating the counterpart of PRR in humans can disrupt hand movements ipsilaterally, irrespective of the hemisphere. Moreover, our results shed light on the implication of the PRR for the volitional hand sensorimotor operating behavior. In the last study, we investigate the impact of early cerebellar damage on long-term functional recovery in 3 groups of posterior fossa survivors, comparable with respect to their tumoural characteristics but operated at different ages: young (≤ 7 years), middle (> 7 years and ≤ 13 years) and old (> 13 years). Daily (Health-related Quality of Life -hrQol-, Performance Status -PS-), motor (International Cooperative Ataxia Rating Scale -ICARS-, Pegboard Purdue Test -PegBoard-) and cognitive (Full Scale Intelligence Quotient -FSIQ-) functioning were measured. Early age at surgery, lesion of deep cerebellar nuclei and post-operative radiotherapy had a significant, independent negative influence on long term recovery. These results support the existence of an early critical period of development during which the cerebellar "learning machine" is of critical importance