S’il est bien établi que le flux sanguin cérébral est distribué en fonction de la demandemétabolique des neurones, aucune étude n’a exploré la contribution du réseauvasculaire au processus de consolidation mnésique qui requiert un dialoguehippocampo-cortical permettant le remodelage progressif des réseaux neuronauxcorticaux sous-tendant la trace mnésique ancienne stabilisée.Utilisant un test comportemental induisant une mémoire olfactive associative chez lerat couplé à des techniques d’imagerie cellulaire ex vivo, nous montrons pour lapremière fois, chez le rat adulte sain, une dissociation fonctionnelle entre réactivité etarchitecture du réseau vasculaire cérébral. Nous mettons en évidence des modificationsde signalisation calcique des artères cérébrales qui suggèrent que leur dynamiques’adapte pour permettre l’expression du souvenir. De plus, suivant une cinétiquedifférente, le réseau vasculaire se densifie par angiogenèse dès le lendemain del’apprentissage, y compris dans les régions du cortex ne prenant en charge le souvenirque plusieurs semaines plus tard. En stimulant spécifiquement cette angiogenèse parinjection d’agents pharmacologiques dans le cortex, nous améliorons les performancesdes rats lors du rappel de mémoire ancienne.Pris dans leur ensemble, nos résultats soulignent l’importance de la plasticitévasculaire dans la modulation de la plasticité neuronale et des fonctions cognitives. Ilssuggèrent en outre que les changements structuraux précoces du réseau vasculairepourraient constituer un mécanisme permissif à l’origine de la régulation des épinesdendritiques corticales impliquées dans la formation et le stockage à long terme dessouvenirs.Mots / While there is consensus that cerebral blood flow is distributed according to themetabolic demand of neurons, the contribution of vascular networks to memoryconsolidation, the process by which memories acquire stability over time, remainsunknown. This process requires a transitory hippocampal-cortical interaction allowingthe progressive remodeling of cortical neuronal networks supporting the remotememory trace.By using a behavioral task requiring an associative olfactory memory coupled to cellularimaging techniques, we first reveal, in adult healthy rats, a functional dissociationbetween the reactivity and the architecture of cerebral vascular networks. We identifycalcium signaling changes that occur in specific cerebral arteries, pointing to theirability to adapt their dynamics upon retrieval to enable the successful expression ofeither recent or remote memories. Moreover, we show that vascular networks undergo atime-dependent densification via an angiogenesis mechanism as early as one day afterlearning, including in cortical regions which will only support memory storage andretrieval weeks later. By specifically stimulating this early cortical angiogenesis, we wereable to improve the performance of rats tested for remote memory.Taken together, our results highlight the importance of vascular plasticity inmodulating neuronal plasticity and cognitive functions. They also suggest that the earlystructural changes within vascular networks could constitute a permissive mechanismwhich regulates the development of cortical dendritic spines thought to support theprogressive formation and storage of enduring memories.

Les réseaux vasculaires cérébraux adaptent leur activité à la demande métabolique des neurones environnants, mais leur contribution fonctionnelle à la consolidation de la mémoire, processus par lequel les traces mnésiques se stabilisent dans le temps, reste inconnue. A l’aide d’un test de mémoire olfactif associatif couplé à des approches biochimiques et d’imagerie cérébrale chez le rat, nous avons étudié la dynamique des changements vasculaires au cours de la consolidation mnésique qui nécessite une interaction transitoire entre l'hippocampe et les régions corticales constituant les sites dépositaires des souvenirs. Nous montrons que la formation d’une mémoire durable est associée, dès l’encodage, à un signal hypoxique qui déclenche une angiogenèse transitoire dans des régions corticales spécifiques impliquées plus tard dans le stockage des souvenirs. Manipuler cette angiogenèse corticale précoce (ACP) par blocage ou stimulation spécifique de la voie de signalisation de l'angiopoïétine-2 perturbe, ou améliore, le rappel des informations anciennement acquises. Stimuler l’ACP chez un modèle de rats hypertendus présentant des déficits d’activation de la voie de l’angiopoïetine-2 et de formation de la mémoire pallie le déficit mnésique observé, confirmant l'importance fonctionnelle de l’ACP comme un prérequis à la formation des souvenirs. L'hypergravité, connue pour altérer les fonctions vasculaires, n’a pas modifié l'organisation de la mémoire. Nos résultats identifient l’ACP comme un processus neurobiologique crucial sous-tendant la formation et la stabilisation des souvenirs. Ils révèlent l'importance de la plasticité vasculaire dans la modulation des fonctions cognitives et suggèrent que les changements structurels précoces du réseau vasculaire cérébral constituent un mécanisme permissif pour la régulation de la plasticité neuronale au sein des réseaux corticaux impliqués dans la formation progressive et le stockage des souvenirs. / While the cerebral microvasculature is known to adapt its activity according to the metabolic demand of surrounding neurons, the functional contribution of vascular networks to memory consolidation, the process by which memory traces acquire stability over time, remains elusive. By using an associative olfactory memory task in rats coupled to biochemical and imaging techniques, we investigated the dynamics of vascular changes during memory consolidation which requires a transitory interaction between the hippocampus and distributed cortical regions that ultimately support storage of enduring memories. We found that remote memory formation was associated, upon encoding, with a hypoxic signal that triggered transitory angiogenesis in specific cortical regions which support memory storage and retrieval only weeks later. Manipulating early cortical angiogenesis (ECA) by selectively blocking or stimulating the angiopoietin-2 signaling pathway impaired or improved remote memory retrieval, respectively. Enhancing ECA in spontaneously hypertensive rats, which exhibit reduced angiopoietin- 2 expression when cognitively challenged and are unable to properly stabilize and/or retrieve remotely acquired information, was efficient in rescuing the observed memory deficit, thus confirming the functional importance of ECA as a prerequisite for the formation of remote memories. Hypergravity, known to impair vascular functions, failed to alter the organization of recent and remote memory. Altogether, our findings identify ECA as a crucial neurobiological process underlying the formation and stabilization of remote memory. They highlight the importance of vascular plasticity in modulating cognitive functions and suggest that the early structural changes within vascular networks constitute a permissive mechanism for the regulation of neuronal plasticity within cortical networks which support the formation and storage of enduring memories.

Ce travail a pour objectif de générer des modèles vasculaires et de simuler des écoulements sanguins réalistes à l'intérieur de ces modèles. La première étape consiste à segmenter/reconstruire le volume 3D du réseau vasculaire. Une fois de tels volumes vasculaires segmentés et maillés, il est alors possible de simuler des écoulements sanguins à l'intérieur de ceux-ci. Pour la segmentation, nous utilisons une approche variationnelle. Nous proposons un premier modèle qui inclut un a priori de tubularité dans les modèles de débruitage ROF et TV-L1. Néanmoins, bien que ces modèles permettent de réhausser les vaisseaux, ils ne permettent pas de les segmenter. C'est pourquoi nous proposons un deuxième modèle amélioré qui inclut à la fois un a priori de tubularité et de direction dans le modèle de segmentation de Chan-Vese. Les résultats sont présentés sur des images synthétiques 2D, ainsi que sur des images rétiniennes. En ce qui concerne la simulation, nous nous intéressons d'abord au réseau veineux cérébral, encore peu étudié. Les équations de la dynamique des fluides qui régissent les écoulements sanguins dans notre géométrie sont alors les équations de Navier-Stokes. Pour résoudre ces équations, la méthode classique des caractéristiques est comparée avec un schéma d'ordre plus élevé. Ces deux schémas sont validés sur des solutions analytiques avant d'être appliqués aux cas réalistes du réseau veineux cérébral premièrement, puis du polygone artériel de Willis. / The aim of this work is to generate vascular models and simulate blood flows inside these models. A first step consists of segmenting/reconstructing the 3D volume of the vascular network. Once such volumes are segmented and meshed, it is then possible to simulate blood flows. For segmentation purposes, we use a variational approach. We first propose a model that embeds a vesselness prior in the denoising models ROF and TV-L1. Although these models can enhance vessels, they are not designed for segmentation. Then, we propose a second, improved model that includes both vesselness and direction priors in the Chan-Vese segmentation model. The results are presented on 2D synthetic images, as well as retinal images. In the second part, devoted to simulation, we first focus on the cerebral venous network, that has not been intensively studied. The equations governing blood flows inside our geometry are the Navier-Stokes equations. For their resolution, the classical method of characteristics is compared with a high-order scheme. Both schemes are validated on analytical solutions before their application on the realistic cases of the cerebral venous network, and the arterial polygon of Willis.