Th. doct.--Signal et images--Paris--ENST, 1998. / Bibliogr. p. 387-409. Résumé en français et en anglais.

Ce projet de maîtrise s'inclut dans une volonté d'obtenir une variété d'outils afin d'étudier le cerveau. Il porte sur la conception et la mise en place d'un module d'imagerie en temps de vie de phosphorescence (PhLIM), annexé à un microscope deux photons. Ce module, une fois en place permet de mesurer de manière optique la pression partielle d'oxygène (pO₂) dans le cerveau de souris munies d'une fenêtre crânienne. L'oxygène joue un rôle essentiel dans le fonctionnement du cerveau. Son étude ouvre la porte à une meilleure compréhension des états normaux du cerveau, mais aussi une meilleure compréhension de son rôle dans diverses pathologies. Ce type de mesure de l'oxygène est rendu possible par le biais d'une sonde d'oxygène optimisée pour l'imagerie in vivo dans le cerveau en ayant une grande section efficace d'absorption deux photons et un grand rendement quantique de phosphorescence. Son application se base sur la relation inversement proportionnelle qui relie le temps de vie en phosphorescence d'un fluorophore à la pO₂ dans son environnement direct. Afin de mesurer le temps de vie d'un fluorophore, de courts pulses d'excitation laser sont utilisés pour exciter le fluorophore puis les photons de phosphorescence émis sont collectés. Ces données une fois traitées permettent de retrouver le temps de vie qui peut être relié à la pO₂. Ce présent document présente brièvement le rôle de l'oxygène dans le cerveau et les défis associés à la mesure précise de l'oxygénation. Ensuite, les bases théoriques de la phosphorescence nécessaires à la compréhension du projet sont expliquées, notamment les mécanismes d'étanchement de la phosphorescence. Puis, le système mis en place et les performances des différents éléments le composant sont dépeints, ainsi que le contrôle logiciel de ces éléments. Finalement, les sections suivantes analysent les performances du module mis en place notamment par des mesures effectuées sur fantôme et une simulation de données. / This master's project is part of an effort to develop a variety of tools for studying the brain. It focuses on the design and implementation of a phosphorescence lifetime imaging (PhLIM) module attached to a two-photon microscope. Once implemented, this module allows for the optical measurement of the partial pressure of oxygen (pO₂) in the brain of mice with a cranial window. Oxygen plays a crucial role in brain function. Studying it provides a better understanding of normal brain states as well as its role in various pathologies. This type of oxygen measurement is made possible by oxygen probes optimized for in vivo brain imaging, which have a high two-photon absorption cross-section and a high phosphorescence quantum yield. Their application is based on the inverse relationship between the phosphorescence lifetime of a fluorophore and the pO₂ in its immediate environment. To measure the lifetime of a fluorophore, short laser excitation pulses are used to excite the fluorophore, and the emitted phosphorescence photons are collected. Once processed, these data allow the determination of the lifetime, which can be linked to the pO₂. This document briefly presents the role of oxygen in the brain and the challenges associated with accurately measuring oxygenation. Then, the theoretical foundations of phosphorescence necessary for understanding the project are explained, including the mechanisms of phosphorescence quenching. The document also describes the implemented system and the performance of its various components, as well as the software control of these elements. Finally, the following sections analyze the performance of the implemented module, particularly through measurements on phantoms and data simulations.

Thèse doctorat : Electronique, Electrotechnique, Automatique. Traitement d'Images et Vision par Ordinateur : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 18 p.

Les recherches sur le cerveau portent fréquemment sur ses réseaux fonctionnels internes. Cela implique l'évaluation de la connectivité fonctionnelle (CF), qui est la corrélation statistique entre les activités neuronales dans diverses régions cérébrales. L'une des techniques les plus utilisées pour mesurer la connectivité fonctionnelle est l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf). Cette technique repose sur le principe qu'une activité neuronale accrue dans une région cérébrale spécifique entraîne généralement une augmentation du flux sanguin cérébral dans la même région. Cette augmentation du flux sanguin cause l'élévation des niveaux d'oxygène relatifs du cerveau, ce sont ces changements qui sont mesurés par l'IRMf. Cependant, il est connu que la relation entre l'activité neuronale locale et les changements subséquents dans le flux sanguin cérébral est complexe. Une meilleure compréhension de cette relation pourrait influencer l'interprétation des données de connectivité fonctionnelle issues de l'IRMf. Dans ce travail, la relation entre la connectivité fonctionnelle mesurée par IRMf de repos et la variabilité dans la structure vasculaire régionale du cerveau est étudiée. Cela est effectué en utilisant des données publiques disponibles sur la structure vasculaire entière du cerveau de la souris. La variabilité de la structure vasculaire cérébrale est évaluée à l'aide d'une métrique appelée similarité vasculaire. Ensuite, la relation entre la variabilité de la structure vasculaire et la CF est quantifiée en utilisant des modèles de régression linéaire multiple de la connectivité fonctionnelle. Ces modèles incorporent la similarité vasculaire aux côtés de prédicteurs de la CF couramment utilisés issus de la connectivité structurelle et de la topologie spatiale. Ces modèles révèlent que la variabilité de la microstructure vasculaire explique une quantité significative de la variance de la CF mesurée par IRMf de repos, et ce, autant dans des ensembles de données de connectivité fonctionnelle femelle que mâle. / The study of the brain frequently focuses on its intrinsic functional networks. This involves evaluating the functional connectivity (FC), which is the statistical correlation between neuronal activities in various brain regions. One of the most widely used techniques to measure functional connectivity is functional magnetic resonance imaging (fMRI). This technique relies on the principle that increased neuronal activity in a specific brain region typically leads to a rise in cerebral blood flow in the same region. Subsequently, this increased blood flow elevates the relative oxygen levels in the brain's blood, which is detected by the fMRI. However, it is known that the relationship between the local neuronal activity and subsequent changes in cerebral blood flow is complex. A better comprehension of this relationship could influence the interpretation of functional connectivity data arising from fMRI. In this study, the relation of resting-state fMRI functional connectivity and the variability in regional brain vasculature is investigated. This is done by using publicly available whole-brain vasculature data of the mouse brain. The variability of the brain vasculature is assessed using a metric called vascular similarity. Then the relationship between the variability of the brain vasculature and the FC is quantified using multiple linear regression models of functional connectivity. These models incorporate vascular similarity alongside commonly used metrics of FC derived from structural connectivity and spatial topology. These models reveal that microvascular structure variability explains a significant amount of variance in the FC measured by resting-state fMRI in both female and male FC datasets.

Thèse (Ph. D.)--Université Laval, 2002. / Bibliogr. Publié aussi en version électronique.

NOTICE EN COURS DE TRAITEMENT / L'imagerie cérébrale englobe un éventail de techniques qui permettent la collecte de données neurobiologiques abondantes présentant de l'hétérogénéité dans leur composition chimique. Pour analyser et décrire leur complexité, de nombreuses mesures morphométriques sont extraites afin de caractériser les événements observés. Cependant, sur la base de ces caractéristiques morphométriques, les données semblent souvent homogènes lors de l'analyse. Pour saisir et comprendre la diversité de ces phénomènes biologiques, nous avons choisi d'utiliser des méthodes computationnelles, notamment la réduction de dimension des données et le regroupement. Dans cette thèse, nous présenterons deux exemples d'application. La première partie est consacrée à l'étude de l'hétérogénéité des cellules en migration dans le cerveau en fonction de leur dynamique migratoire. La migration cellulaire est un phénomène important dans le développement du cerveau, notamment dans le cadre des troubles neurodéveloppementaux. Les précurseurs neuronaux, appelés neuroblastes, changent de formes lors de leur migration. Il existe deux phases pour ce processus, une phase stationnaire et une phase migratoire. L'objectif de cette étude est de déterminer si ces populations de neuroblastes peuvent être séparées sur la base de leurs propriétés migratoires mais également d'utiliser des méthodes d'analyses statistiques pour trouver les différentes sous-populations afin de déterminer lesquelles sont communes. Enfin, nous avons étudié les propriétés migratoires de ces différentes populations des neuroblastes en venant perturber la migration à l'aide de modifications génétique ou environnementale. La seconde partie porte sur l'étude de la plasticité structurelle, qui fait référence à la capacité qu'ont deux neurones à former une connexion, appelée synapse, qui peut se renforcer ou s'affaiblir. Ces changements synaptiques sont essentiels pour les processus d'apprentissage et de mémoire. En examinant des images de dendrites du bulbe olfactif prises avec un microscope confocal, on observe des protrusions sur la surface de la dendrite qui servent à recevoir les entrées synaptiques. Pour analyser ces images, nous avons développé un pipeline computationnel destiné à prétraiter les images et extraire les épines dendritiques. À la suite de la reconstruction 3D de la dendrite, nous avons extrait les épines et calculé plusieurs métriques, telles que la longueur et la surface de l'épine, des indicateurs couramment utilisés dans l'analyse des épines dendritiques. En procédant à une réduction de la dimensionnalité du jeu de données et à son partitionnement, nous avons relié la morphologie de chacune de ces sous-populations à leurs propriétés structurelles. Enfin, nous avons comparé le groupe contrôle et le groupe expérimental dans le cas de trois expériences olfactives, deux tâches de renforcement, et une de déprivation, qui ont conduit à des changements de plasticité. Les résultats montrent que la morphologie des épines ou leurs densités sont affectées par ces différentes conditions. En résumé, nous avons développé des outils computationnels permettant de révéler l'hétérogénéité des neurones en développement en fonction de leur dynamique migratoire et de leurs propriétés structurelles. / Brain imaging encompasses a range of techniques that enable the collection of abundant neurobiological data that presents heterogeneity in their chemical composition. To analyse and describe their complexity, numerous morphometric metrics are extracted to characterise the observed events. However, based on these morphometric features, the data often appear homogeneous during analysis. To grasp and understand the diversity of these biological phenomena, we have chosen to use computational methods including dimension reduction of data and clustering. In this thesis, we will present two application examples. The first part is devoted to the study of the heterogeneity of migrating neuronal cells based on their migratory dynamics. Cell migration is an important phenomenon in brain development, particularly in the context of neurodevelopmental disorders. Neuronal precursors, called neuroblasts, change shape during their migration. There are two phases for this process, so-called stationary phase and a migratory phase. The aim of this study is to determine whether neuroblasts can be separated to different sub-populations based on their migratory properties and to use statistical analysis methods to find the different subpopulations and determine which ones are common. Finally, we have studied the migratory properties of these different neuroblast populations by disrupting migration using genetic or environmental modifications. The second part focuses on the study of synaptic plasticity, which refers to the capacity of two neurons to form a connection, called a synapse, which can strengthen or weaken. These changes are central to the synaptic remodelling that occurs during the learning and memory phase. From images of dendrites, taken with a confocal microscope in the olfactory bulb, we have set up a computational pipeline to perform image pre-processing and then extract dendritic spines, which are protrusions on the surface of the dendrite that serve to receive synaptic inputs. After 3D reconstruction of the dendrite, these spines are extracted, and several metrics are calculated, including the length and surface area of the spine, which are standard metrics in spine analysis. After dimension reduction of the dataset and clustering, we have linked the morphology of each of these subpopulations to their structural properties. Finally, we have compared the control group and the experimental group in the case of three experiments that led to plasticity changes. The results show that the morphology of spines or their densities are affected by these different conditions. In summary, we have developed computational tools that reveal the heterogeneity of developing neurons based on their migratory dynamics and structural properties.

Les traumatismes craniocérébraux constituent une cause importante de mortalité et de morbidité à travers le monde, et représentent un fardeau socioéconomique important dans les pays développés en raison de l'incapacité résiduelle post-traumatique dont souffrent les patients après leur traumatisme. Malgré la fréquence élevée d'issues cliniques défavorables à long terme, il existe actuellement peu d'indicateurs pronostiques permettant de guider le clinicien dans la prise en charge aiguë de ces patients et de conseiller leurs familles et proches. Plus de quatre décennies d'études observationnelles ont examiné l'utilisation de l'imagerie par résonance magnétique effectuée en phase aiguë dans son rôle potentiel à distinguer rapidement l'issue clinique post-traumatisme à long terme chez ces patients. Le présent travail vise donc à déterminer la valeur pronostique de l'imagerie par résonance magnétique effectuée en phase aiguë de traitement suite à un traumatisme craniocérébral modéré ou grave chez l'adulte, en utilisant une méthodologie de revue systématique et méta-analyse pronostique, afin d'identifier toutes les études évaluant la relation entre les modèles de lésions identifiés par résonance magnétique et l'issue clinique à long terme. Nos travaux ont identifié 58 études individuelles. Après méta-analyse, les lésions localisées dans le tronc cérébral se sont révélées être associées à une mortalité augmentée (toutes causes confondues) et une issue neurologique défavorable alors que les lésions compatibles avec une lésion axonale diffuse ont été associées à une augmentation du risque d'issue neurologique défavorable. Deux échelles de classement basées sur la gravité de la lésion ont été associées à des issues neurologiques de plus en plus défavorables au fur et à mesure de l'augmentation du nombre de structures cérébrales caudales touchées, confirmant ainsi l'importance des lésions profondes. Ces résultats démontrent l'utilité pronostique de l'imagerie par résonance magnétique effectuée rapidement après un traumatisme craniocérébral et indiquent la nécessité d'entreprendre des études pronostiques de cohorte de haute qualité et bien contrôlées, en raison du risque élevé de biais dans la littérature actuelle. / Traumatic brain injury is a major cause of mortality and morbidity worldwide and represents a significant socioeconomic burden in developed nations due to residual post-trauma disability among survivors. Despite high rates of long-term unfavourable outcome, few prognostic indicators currently exist to guide early clinical management and counsel family and friends of patients. Over four decades of observational studies have examined the potential role of early magnetic resonance imaging of the brain to distinguish long-term clinical outcome by examining lesion patterns identifiable soon after trauma. This present work thus aims to determine the prognostic value of early magnetic resonance imaging following moderate or severe traumatic brain injury in adults by employing prognostic systematic review and meta-analysis methodology to identify all published studies assessing the relationship between magnetic resonance lesion patterns and long-term clinical outcome. Our search identified 58 individual studies; following meta-analysis, lesions located in the brainstem were associated with all-cause mortality and unfavourable neurological outcome while shear injury patterns compatible with diffuse axonal injury anywhere in the brain were associated with increased risk of unfavourable neurological outcome. Two scoring systems based on lesion depth were associated with progressively worse neurological outcomes as more caudal cerebral structures were affected, confirming the importance of deep lesions. These findings demonstrate the prognostic utility of magnetic resonance imaging early following traumatic brain injury and indicate the need for high quality, well-controlled, prognostic cohort studies given the elevated risk of bias in the current body of literature.

Titre de l'écran-titre (visionné le 31 octobre 2023) / L'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est une technique d'imagerie non invasive. Celle-ci utilise les champs magnétiques afin de mesurer les changements hémodynamiques induits par le mécanisme du couplage neurovasculaire dans une région du cerveau donnant une mesure indirecte de l'activité neuronale. La réalisation d'études IRMf sur des souris éveillées pose diverses difficultés et défis techniques nécessitant l'utilisation de sédatifs ou d'anesthésiques. Or, certains facteurs comme le stress et l'état d'anesthésie sont reconnus pour altérer la fonction cérébrale affectant simultanément la fidélité des résultats recueillis. Le but de ce projet est ainsi d'étudier la faisabilité de l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à 1 tesla chez la souris éveillée. D'abord, une méthode de fixation a été développée afin de restreindre les mouvements d'une souris permettant de l'imagerie anatomique et fonctionnelle in vivo. Un paradigme en bloc alternant une période de repos et une période de stimulation a été élaboré en utilisant un mélange gazeux de dioxyde de carbone et d'oxygène à titre de stimulation. Le tout, afin d'induire des changements sanguins comparables à ceux provoqués par le couplage neurovasculaire. Ensuite, une analyse statistique, sur les images fonctionnelles, a permis d'obtenir deux cartes d'activation en comparant les deux différents blocs avec stimulation et au repos. Finalement, les résultats obtenus à l'IRMf sont comparés avec la technique d'imagerie optique intrinsèque pour vérifier la concordance des réponses mesurées par diverses méthodes d'imagerie. Ainsi, l'obtention de ces cartes montre qu'une étude IRMf sur une IRM 1T avec souris éveillée est possible. / Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a non-invasive imaging technique that uses magnetic fields to measure hemodynamic changes induced by the mechanism of neurovascular coupling in a region of the brain giving an indirect measure of neuronal activity. Performing fMRI studies on awake mice poses various technical difficulties and challenges requiring the use of sedatives or anesthetics. However, certain factors such as stress and the state of anesthesia are known to alter brain function, simultaneously affecting the fidelity of the collected results. The aim of this project is to study the feasibility of functional magnetic resonance imaging at 1 tesla in awake mice. First, a mouse holder was developed to restrict the movements of a mouse's head allowing for anatomical and functional imaging in vivo. A block paradigm of alternating a period of rest and a period of stimulation was developed using a gaseous mixture of carbon dioxide and oxygen as stimulation in order to induce blood changes comparable to those caused by neurovascular coupling. Then, a statistical analysis on those functionals images made it possible to obtain two activation maps by comparing the two different blocks of stimulation and at rest. Finally, the results obtained by fMRI are compared with the intrinsic optical imaging technique to verify the concordance of the responses through different imaging methods. Thus, obtaining these maps shows that an fMRI study on a 1T MRI with awake mice is possible.

L'apprentissage et la mémoire aux niveaux cellulaire et moléculaire se caractérisent par la modulation de la force synaptique en recrutant et relocalisant des protéines synaptiques à l'échelle nanométrique. La plupart des études portant sur les mécanismes de la plasticité synaptique se sont concentrées sur des synapses spécifiques, manquant ainsi d'une vue d'ensemble de la diversité des changements de force synaptique et de la réorganisation des protéines dans les circuits neuronaux. Nous utilisons une combinaison d'imagerie fonctionnelle et à super résolution dans des cultures dissociées d'hippocampe et des outils d'intelligence artificielle pour classifier la diversité de synapses en fonction de leurs caractéristiques fonctionnelles et organisationnelles. Nous avons mesuré l'activité synaptique en utilisant la microscopie à grand champ pour enregistrer des événements calciques dans des neurones exprimant le senseur calcique fluorescent GCaMP6f. Nous avons développé une approche d'apprentissage profond pour détecter et segmenter ces événements calciques. Nous montrons la modulation de l'amplitude et de la fréquence des événements calciques en fonction de l'activité neuronale. En outre, nous avons classifié les synapses actives et nous avons identifié un recrutement différentiel de certains types de synapses en fonction du paradigme de plasticité utilisé. Comme l'organisation des protéines synaptiques à l'intérieur de domaines nanométriques des synapses joue un rôle central dans la force et la plasticité synaptiques, nous résolvons l'organisation des protéines d'échafaudage présynaptiques (Bassoon, RIM1/2) et postsynaptiques (PSD95, Homer1c) en utilisant la nanoscopie STED (Déplétion par émission stimulée). Nous avons quantifié l'organisation synaptique à l'aide d'une analyse statistique de la distance entre objets basée sur Python (pySODA). Nous montrons que les stimuli induisant la plasticité modifient de manière différentielle l'organisation de ces protéines. En particulier, les protéines PSD95 et Bassoon présentent un changement d'organisation dépendant d'un traitement induisant une potentiation synaptique ou une dépression synaptique. De plus, à l'aide d'approches d'apprentissage automatique non supervisées, nous révélons la riche diversité des sous-types de protéines synaptiques présentant un remodelage différentiel. Pour étudier le lien entre l'architecture des protéines synaptiques et la force synaptique, nous avons combiné l'imagerie fonctionnelle et l'imagerie à super-résolution. Nous avons donc utilisé une approche d'apprentissage automatique pour optimiser les paramètres d'imagerie des cellules vivantes pour l'imagerie à haute résolution et nous avons combiné cela avec l'optimisation des paramètres de déblocage du glutamate pour sonder les signaux calciques correspondants. Notre approche permet de caractériser la population de synapses en fonction de leur taux d'activité et de leur organisation de protéines synaptiques et devrait fournir une base pour explorer davantage les divers mécanismes moléculaires de la plasticité synaptique. / Learning and memory at the cellular and molecular levels are characterized by modulation of synaptic strength, involving the recruitment and re-localization of proteins within specific nanoscale synaptic domains. Most studies investigating the mechanisms of synaptic plasticity have been focussed on specific synapses, lacking a broad view of the diversity of synaptic changes in strength and protein re-organization across neural circuits. We use a combination of functional and super-resolution optical imaging in dissociated hippocampal cultures and artificial intelligence tools to classify the diversity of synapses, based on their functional and organizational characteristics. We measured synaptic activity using wide field microscopy to record miniature synaptic calcium transients (MSCTs) in neurons expressing the fluorescent calcium sensor GCaMP6f. We developed a deep learning approach to detect and segment these calcium events. Our results show that the amplitude and frequency of miniature calcium events are modulated by prior levels of circuit activity. In addition, we classified active synapses and identify differential recruitment of certain calcium dynamics depending on the plasticity paradigm used. To link the nanoscale organization of synaptic proteins with synaptic strength and plasticity, we optically resolved the organization of presynaptic (Bassoon, RIM1/2) and postsynaptic (PSD95, Homer1c) scaffolding proteins using STED (Stimulated Emission Depletion) nanoscopy. Using Python-based statistical object distance analysis (pySODA), we show that plasticity-inducing stimuli differentially alter the spatial organization of these proteins. In particular, PSD95 and Bassoon proteins show a treatment-dependent change in organization, associated either with synaptic potentiation or depression. Furthermore, using unsupervised machine learning approaches, we reveal the rich diversity of synaptic protein subtypes exhibiting differential remodeling. To investigate further the link between synaptic protein architecture and synaptic function, we aimed to combine functional and super-resolution imaging. We therefore used a machine learning approach to optimize live-cell imaging parameters for time-lapse imaging and combined this with the optimization of glutamate uncaging parameters to probe corresponding calcium signals. Our approach allows to characterize the population of synapses in terms of their activity rate and synaptic protein organization, providing a basis for further exploring the diverse molecular mechanisms of synaptic plasticity.

Les mesures de plasticité synaptique ont historiquement impliqué l'utilisation de méthodes d'électrophysiologie qui, en intégrant les nombreux influx synaptiques, offrent une très grande sensibilité de détection de changements de forces synaptiques. Cette grande sensibilité se fait cependant aux dépens d'une information spatiale quant à la localisation des synapses subissant une plasticité. Sachant que la plasticité synaptique est un phénomène qui peut être indépendant d'une synapse à l'autre, il devient important d'avoir la possibilité de mesurer, à l'échelle synaptique, les changements moléculaires associés à cette plasticité. De nouveaux outils fluorescents développés dans les dernières décennies permettent maintenant de visualiser directement l'activité synaptique, la signalisation et le remodelage à l'échelle synaptique. Durant ma maîtrise en biophotonique, j'ai mesuré optiquement l'activité calcique résultant d'une libération spontanée de neurotransmetteurs à l'aide d'un nouveau senseur de calcium (Ca2+) génétiquement encodé, GCaMP6f. Pour ce faire, j'ai imagé par vidéo-microscopie des neurones d'hippocampes de rats en culture perfusés avec une solution sans Mg2+ contenant de la Tetrodotoxine (0Mg/TTX). J'ai observé, dans des compartiments dendritiques et dans des épines, des oscillations transitoires et localisées du Ca2+ intracellulaire, nommées influx synaptiques miniatures de Ca2+ (MSCTs). Afin de tester la possibilité de potentialiser les MSCTs, je les ai enregistrés avant et après un protocole de stimulation de 5 minutes reconnu pour induire une plasticité synaptique dans les neurones en culture (0Mg2+/Glycine/Bicuculline, cLTP). J'ai observé qu'une augmentation de la fréquence et de l'amplitude des MSCTs, pouvant persister parfois jusqu'à une heure, est induite par le protocole de stimulation. J'ai donc tenté d'identifier les mécanismes moléculaires de cette plasticité. Les MSCTs sont principalement générés par l'ouverture des récepteurs NMDA, car ils sont presque totalement bloqués par l'addition d'AP5, un antagoniste sélectif au récepteur. De plus, l'ajout d'AP5 durant le protocole de stimulation bloque la plasticité. Il semble donc que les MSCTs et leur plasticité sont dépendants des récepteurs NMDA. Fait intéressant, ni les MSCTs ni leur plasticité ne sont bloqués par le NBQX, un antagoniste des récepteurs AMPA, ce qui laisse supposer que la plasticité résulte possiblement de changements dans la quantité et la composition des récepteurs NMDA, en plus des modifications dans la signalisation du Ca2+ et dans la régulation de la libération de neurotransmetteurs. Également, alors que nous avons observé que l'activité enzymatique de la CaMKII n'est pas essentielle pour l'induction et l'expression de la plasticité, certains résultats préliminaires démontrent un possible rôle de la PKA. Afin de tester mes diverses hypothèses, j'ai également combiné l'imagerie de Ca2+ avec l'imagerie d'autres composants pré et postsynaptiques, afin d'identifier les mécanismes moléculaires responsables de la plasticité des MSCTs. Dans l'ensemble, cette nouvelle mesure de la plasticité synaptique présente le potentiel de fournir de nouvelles connaissances sur la diversité des processus moléculaires qui régissent la potentialisation synaptique. / Classical measurements of synaptic plasticity have involved electrophysiological methods which provide high sensitivity for detecting small changes in synaptic strength. However, this approach does not provide much information about the location of the synapses that undergo plastic changes. Because synaptic plasticity can be synapse-specific, having the ability to monitor changes in synaptic strength at individual synapses is important in order to enable simultaneously monitoring of local molecular mechanisms associated with the plasticity. New fluorescent tools developed in the last decades allow to directly visualize synaptic activity, signaling, and remodeling at individual synapses. During my Master studies, I used optical imaging of a genetically-encoded calcium (Ca2+) sensor, GCaMP6f, to record miniature synaptic Ca2+ transients (MSCTs) in cultured rat hippocampal neurons. For these experiments, I performed video-microscopy on neurons perfused with external solution lacking Mg2+ and containing Tetrodotoxin (0Mg2+/TTX). I have observed highly localized and transient increases of intracellular Ca2+ in dendritic compartments and spines. To test whether these MSCTs can be potentiated, I have measured them before and after a 5 min stimulation known to induce plasticity in cultured neurons (0Mg2+/Glycine/Bicuculline, cLTP). A lasting increase in the frequency and amplitude of MSCTs, for at least an hour, arose from this stimulation protocol. I have thus investigated the molecular mechanisms of this plasticity. The MSCTs are mostly mediated by NMDA receptors, since they are almost totally blocked by the selective antagonist to the receptor, AP5. Moreover, addition of AP5 only during the cLTP stimulation blocks the MSCT plasticity. It thus appears that both the MSCTs and their plasticity are NMDA receptor-dependent. Interestingly, the MSCTs and their plasticity are not blocked by the AMPA receptor antagonists NBQX, pointing to possible changes in NMDA receptor content, postsynaptic Ca2+ signaling, or presynaptic neurotransmitter release. Also, while we found that CaMKII signaling is non-essential for the induction of the plasticity, preliminary data are showing a plausible PKA-dependency of the plasticity. To test these hypotheses, I have also tried to combine Ca2+ imaging with imaging of other pre and postsynaptic components, to identify the molecular mechanisms responsible for the MSCT plasticity. Overall, this new approach presented in this thesis might provide new knowledge on the diversity of molecular processes that support synaptic potentiation.