Il est bien établi que le cervelet joue un rôle déterminant sur le plan de la coordination motrice et de la préparation du mouvement. Ces rôles nécessitent impérativement une collaboration étroite entre le cervelet et le cortex moteur. La nature de ces interactions demeure mal comprise. Au cours des travaux expérimentaux présentés ici, nous nous sommes intéressés aux interactions entre le cervelet et le cortex moteur chez le rat Wistar en vue de mieux cerner les relations entre le cervelet et le cortex moteur. La mise en lumière de ces mécanismes pourrait avoir un impact sur la compréhension des fonctions du cervelet et la prise en charge des patients présentant une atteinte cérébelleuse. Dans un premier travail, nous avons étudié les interactions entre le noyau interposé du cervelet et l’excitabilité de la moelle épinière. Les effets de l’administration de tétrodotoxine (TTX, bloqueur des canaux sodiques) sur le recrutement du réflexe H ont été investigués. L’administration intranucléaire de TTX a altéré la courbe de recrutement du réflexe H sans en affecter le seuil ou l’amplitude maximale (rapport H max/M max inchangé avant et après l’administration de TTX). L’amplitude des ondes F était déprimée, avec une persistance de ces ondes diminuée et des rapports F moyen/M moyen réduits. Nous avons observé que la stimulation répétitive concomitante du nerf sciatique corrige la dépression de la courbe de recrutement du réflexe H, sans agir sur la dépression de l’onde F. Ces premiers résultats (1) ont montré que les canaux sodium sensibles à la TTX au niveau des noyaux interposés du cervelet modulent le recrutement du réflexe H, et (2) ont révélé l’existence d’une interaction entre les canaux sodium sensibles à la TTX au niveau des noyaux interposés du cervelet et l’activité afférente répétitive, ce qui n’était pas décrit jusqu’à présent. Nous avons ensuite analysé le rôle du cervelet sur la modulation des efférences corticomotrices lors d’une stimulation électrique répétitive du nerf sciatique chez le rat. Des travaux antérieurs ont en effet montré qu’une stimulation somatosensitive soutenue induit une augmentation de l'intensité de la réponse du cortex moteur de rongeurs par un mécanisme de plasticité à court terme. Jusqu'à présent, il a été considéré que l'augmentation de l’intensité des efférences motrices après la stimulation de nerf périphérique correspond à une plasticité dépendante uniquement du cortex sensorimoteur. Un total de 6 groupes de rats a été investigué. Nous avons analysé la réponse évoquée par la stimulation électrique du cortex moteur droit avant (condition basale) et après la stimulation électrique périphérique du nerf sciatique gauche chez des rats contrôles ne présentant aucune lésion cérébelleuse (pas d’intervention cérébelleuse) et chez des rats recevant une infusion d’une solution de Ringer via une sonde de microdialyse implantée dans les noyaux cérébelleux gauches. De plus, nous avons examiné les effets de (1) l'administration d'éthanol (20 mmol/L) dans les noyaux cérébelleux gauches; (2) l'administration de TTX dans les noyaux cérébelleux <p><p>gauches; (3) la stimulation électrique par stimulation cérébelleuse profonde (stimulation des noyaux interposés) sur le côté gauche; et (4) la stimulation électrique des noyaux cérébelleux du côté controlatéral. Pour la stimulation périphérique, tous les animaux ont reçu 1 heure de stimulation électrique. Les trains de stimulation ont consisté en cinq stimuli (durée de 1 stimulus: 1 ms) à une fréquence de 10 Hz. Pendant la stimulation du cortex moteur, les amplitudes pic-à-pic des réponses du muscle gastrocnémien gauche ont été analysées. Le seuil moteur (motor threshold :MT) a été défini comme l'intensité la plus basse induisant au moins 5 réponses avec une amplitude >20 µV sur 10 réponses évoquées. L'intensité utilisée était à 130 % du seuil moteur (130 % de MT). Dans la condition basale (avant la stimulation répétitive), les amplitudes des réponses motrices sont similaires dans les six groupes de rats. Chez les rats sans intervention cérébelleuse, la stimulation électrique périphérique a été associée à une augmentation significative de l’amplitude des réponses corticomotrices par rapport à la condition basale. Chez les rats avec infusion de Ringer, les réponses motrices ont augmenté de manière similaire par rapport à la condition basale. L'administration d'éthanol dans le cervelet a empêché la majoration de la réponse ipsilatérale. La même observation a été faite après l'infusion de TTX et après la stimulation électrique des noyaux cérébelleux du côté gauche. Cependant, la stimulation électrique des noyaux cérébelleux du côté droit n'a pas détérioré la modulation des efférences corticomotrices associée à la stimulation répétitive du nerf sciatique. Nous avons ensuite analysé les effets de l’hémicérébellectomie sur la modulation des activités des efférences du cortex moteur associée à la stimulation électrique répétitive du nerf sciatique chez le rat. L’hémicérébellectomie constitue un modèle de lésion aigüe étendue du cervelet. L’hémicérébellectomie a bloqué la majoration de la réponse corticomotrice, confirmant que le cervelet est un acteur-clé de cette forme de plasticité à court terme. Nous avons examiné les réflexes cutanéomusculaires au niveau du muscle plantaire des rats (1) en réponse à la stimulation cutanée isolée, et (2) en réponse à une association de stimuli cutanés avec des trains de stimuli de haute fréquence appliqués sur le cortex moteur controlatéral, avant et après la stimulation répétitive périphérique. Après une période de stimulation répétitive périphérique, l’amplitude des réponses cutanéomusculaires augmente lorsque des trains de stimulation de haute fréquence sont appliqués au niveau du cortex moteur controlatéral. Les réponses cutanéomusculaires ont aussi été examinées avec le même paradigme après hémicérébellectomie. Nous avons observé que la majoration de l’amplitude des réponses cutanéomusculaires associée aux trains de stimulation de haute fréquence après la période de stimulation répétitive périphérique a été bloquée par l’hémicérébellectomie. Nos résultats suggèrent donc que les voies passant par le cervelet sont impliquées dans le calibrage des réponses cutanéomusculaires et qu’une lésion cérébelleuse aigüe étendue altère cette fonction cérébelleuse. <p><p>Dans un travail suivant, nous avons analysé les effets de la stimulation répétitive à basse fréquence du cortex moteur (LFRSM1) (1) sur l'inhibition interhémisphérique (IHI), et (2) sur la modulation des réponses cutanéomusculaires chez des rats présentant une ablation de l’hémicervelet gauche. L’IHI a été évaluée par la méthode des stimulations pairées (technique de conditionnement), en utilisant un stimulus de conditionnement (CS) à M1 suivi par un stimulus test (TS) controlatéral. Nous avons mis en évidence que les LFRSM1 ont réduit l’IHI. La combinaison de LFRSM1 avec une stimulation répétitive périphérique a augmenté significativement l’amplitude des réponses cutanéomusculaires évoquées ipsilatéralement à l’ablation de l'hémicervelet. L'augmentation de l'intensité de la réponse cutanéomusculaire était corrélée à la réduction de l’IHI. Cependant, l’excitabilité du pool des motoneurones de la corne antérieure, évaluée par l’onde F, est restée inchangée. La conjonction des LFRSM1 avec la stimulation répétitive périphérique peut donc être utilisée pour rétablir la capacité du cortex moteur de moduler l'intensité des réponses cutanéomusculaires en cas de vaste lésion cérébelleuse unilatérale. Cette étude souligne pour la première fois le rôle potentiel des voies transcalleuses dans les déficits de la modulation corticomotrice des réponses cutanéomusculaires controlatérales à la lésion cérébelleuse aiguë étendue. Nous avons ensuite étudié les effets des stimulations électriques prémotrices de basse et de haute fréquence sur les réponses corticomotrices conditionnées, sur la facilitation intra-corticale (ICF) et sur l’excitabilité spinale chez des rats hémicérébellectomisés du côté gauche. Des trains de stimulations ont été appliqués dans la région préfrontale rFR2 (équivalente des aires prémotrices et motrices supplémentaires chez les primates) à une fréquence de 1 Hz (stimulation de basse fréquence: LFS) ou de 20 Hz (stimulation de haute fréquence: HFS). Des stimuli tests sur le cortex moteur ont été précédés par des stimuli conditionnant sur le nerf sciatique controlatéral (2 intervalles inter-stimuli – ISI- ont été étudiés: 5 ms et 45 ms): (A) à un ISI de 5 ms, le conditionnement augmente les amplitudes des potentiels évoqués moteurs au niveau du cortex moteur gauche. Cette facilitation afférente est majorée si elle est précédée par des trains de stimulation appliqués sur l’aire rFR2 ipsilatérale, et la stimulation HFS a un effet plus important que la stimulation LFS. La facilitation est plus faible au niveau du cortex moteur droit, aussi bien pour la stimulation LFS que pour la stimulation HFS, (B) à un ISI de 45 ms, les potentiels moteurs conditionnés sont déprimés en comparaison aux réponses non conditionnées (mécanisme d’inhibition afférente). Après une stimulation LFS, le degré d’inhibition est inchangé. Au niveau basal, l’inhibition est majorée au niveau du cortex moteur droit. De manière intéressante, l’inhibition afférente diminue significativement à la suite de la stimulation HFS, (C) l’ICF est déprimée au niveau du cortex moteur droit, mais est sensible à la stimulation LFS et HFS. Ces résultats (1) confirment la majoration de l’inhibition au niveau du cortex moteur controlatéral à l’ablation de <p><p>l’hémicervelet, (2) démontrent pour la première fois que le cervelet est nécessaire pour la modulation fine des amplitudes des réponses corticomotrices consécutives à la stimulation nerveuse périphérique, (3) montrent que l’application de stimulation LFS ou HFS ne modifie pas les anomalies de l’excitabilité du cortex moteur pour des ISI courts, et (4) suggèrent que pour des ISI longs, la stimulation HFS pourrait avoir des propriétés intéressantes pour la modulation de l’inhibition afférente en cas de lésion cérébelleuse étendue. Etant donné que le cervelet apparaît comme un modulateur-clé de l'activité du cortex moteur, permettant la maintenance et la modulation fine des décharges du cortex moteur, et qu’un des défauts élémentaires associés aux lésions cérébelleuses aiguës est une excitabilité réduite du cortex moteur controlatéral, nous avons évalué les effets des trains de stimulation anodale transcraniale directe (tDCS), qui produisent des changements (polarité-dépendant) des potentiels de membrane, chez des rats hémicérébellectomisés. Les trains de tDCS ont contrecarré les altérations de l’excitabilité corticomotrice controlatérale à l'ablation de l’hémicervelet. Toutefois, tant la dépression du réflexe H, que la dépression de l’onde F, sont restées inchangées avec la tDCS. Les réflexes cutanéomusculaires sont aussi restés inchangés. Les trains de tDCS ont antagonisé l’hypoexcitabilité corticomotrice induite par la stimulation à haute fréquence du noyau interposé. Nos résultats montrent que les trains de tDCS ont la capacité de moduler l’excitabilité du cortex moteur après dysfonction aigüe du cervelet. En particulier, en plaçant le cortex moteur à un niveau approprié d’excitabilité, les trains de tDCS pourraient permettre au cortex moteur de devenir plus réactif aux procédures d’apprentissage ou d’entraînement. Ceci a un potentiel clinique direct pour nos patients présentant une lésion cérébelleuse aigüe étendue. Nos travaux soulignent l’importance jouée par le cervelet dans la modulation des réponses corticomotrices chez le rat Wistar, tant pour le maintien d’un niveau approprié d’excitabilité que pour une réponse adéquate à des stimuli périphériques ou centraux. Nos résultats montrent pour la première fois que la tDCS pourrait constituer une technique de thérapie pour des patients cérébelleux présentant une dépression de l’excitabilité du cortex moteur. L’hypothèse que la tDCS pourrait contrecarrer l’hypoexcitabilité corticale chez le patient ataxique mérite d’être testée. Cette technique est peu invasive et commence à être utilisée chez l’homme.<p> / Doctorat en Sciences médicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La cellule de Purkinje constitue la seule sortie du cortex cérébelleux. En étudiant les caractéristiques de sa décharge spontanée sur l’animal éveillé, nous pouvons avoir un aperçu de l’intégration par le cortex cérébelleux de ses deux entrées excitatrices, les fibres moussues et les fibres grimpantes. Les souris transgéniques constituent une opportunité réelle de mieux comprendre le fonctionnement et les dysfonctionnements du cortex cérébelleux. Dans ce travail, nous décrivons la décharge spontanée des cellules de Purkinje chez l’animal normal et dans différents modèles de souris ataxiques. Nous avons ainsi mis en évidence différents patterns d’activité correspondant à différents degrés d’ataxie. Ainsi, sur les souris consommant chroniquement de l’éthanol et sur les souris SCA1, qui présentent un très léger trouble de la coordination motrice, nous avons trouvé une fréquence de décharge diminuée des spikes simples et des spikes complexes, sans augmentation de la rythmicité ni émergence d’oscillation du potentiel de champ de local. Les souris déficientes en calbindine, en calrétinine, en parvalbumine, en Ube 3A maternelle, ou ayant subi in utero un syndrome d’alcoolisme fœtal présentent un trouble de la coordination plus net, mais nécessitant toujours des tests adaptés pour être mis en évidence. Ces souris présentent une oscillation rapide soutenue par la décharge rythmique et synchrone des cellules de Purkinje. Cette oscillation est synchronisée dans l’axe des fibres parallèles, et est inhibée par les inhibiteurs des gap junctions, des récepteurs GABAA et NMDA. Par contre, les souris BK-/- dont l’ataxie est évidente même en conditions standards, présentent une oscillation lente synchronisée dans les axes sagittal et frontal, en phase avec les bursts des cellules de Purkinje et avec la décharge des cellules de Golgi. L’existence de ces différents patterns qui regroupent des conditions physiopathologiques qui n’ont pas d’autre point commun qu’un même niveau de déficit de la coordination motrice suggère que les troubles cérébelleux puissent être classifiés en un nombre limité de catégories permettant ainsi une approche thérapeutique plus ciblée. / Doctorat en sciences biomédicales / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

La cellule de Purkinje (PC) est l'élément central du réseau neuronal du cortex cérébelleux et possède un arbre dendritique très développé qui se développe au cours des trois premières semaines post-natales chez la souris. Cette arborisation nécessite de nombreux réarrangement du cytosquelette, un processus contrôlé par les GTPases et leurs régulateurs, les GEFs et les GAPs, dans de nombreux types cellulaires. Au cours de ma thèse, j'ai étudié l'implication de la signalisation des RhoGTPases dans le développement post-natal du cervelet, et plus particulièrement des PCs chez la souris. Afin d'identifier de nouveaux acteurs de la signalisation des RhoGTPases impliqués dans la différenciation des PCs, nous avons établi le profil d'expression de toutes les GTPases et des GEFs de la famille DOCK à différents stades de développement de ces cellules (P3, P7, P15, P20) par Q-PCR en temps réel. Cette approche globale nous a permis d'identifier une GTPase, RhoQ, et un GEF, DOCK10, dont l'expression est très fortement augmentée au cours du développement des PCs. Nous avons montré que l'extinction de leur expression par infection lentivirale dans un modèle de coupes organotypiques de cervelet ou dans des neurones d'hippocampe entraine une très forte diminution du nombre d'épines dendritiques, révélant un rôle crucial de ces protéines dans la différenciation des PCs. / Purkinje cell (PC) occupy a central and integrative position in the synaptic network of the cerebellum and have the most elaborate dendritic tree among CNS neurons, which develops remarkably in the first three postnatal weeks in mice. This arborization requires intensive actin cytoskeleton remodeling, a process known in many cell types to be controlled by Rho GTPases and their regulators, GEFs and GAPs. During my thesis, I investigated the importance of Rho signaling during postnatal mouse cerebellar development, focusing on PC differentiation.In order to identify novel regulators of PC differentiation among members of the Rho signaling pathway, I undertook a global approach, comparing gene expression profiles of all mammalian Rho GTPases and all GEFs of the DOCK family at various stages of postnatal PC differentiation (P3, P7, P15 and P20) using real-time quantitative PCR. My global approach has allowed the identification of two Rho signaling actors, the GTPase RhoQ and the RhoGEF DOCK10, whose expressions increase dramatically during cerebellar development. Lentiviral shRNA-mediated knock down of their expression in organotypic cerebellar cultures and in hippocampal neurons showed strong dendritic spine defects, revealing an essential role for these proteins in PC differentiation.

La navigation spatiale peut être subdivisée en deux processus: la construction d’une représentation mentale de l’espace à partir de l’exploration de l’environnement d'une part, et l’utilisation de cette représentation de façon à produire le trajet le plus adapté pour rejoindre le lieu souhaité d'autre part. Lors de l’exploration de l’environnement, des informations externes et des informations de mouvement propre (i.e. vestibulaires et proprioceptives) sont combinées pour former la carte cognitive. Depuis longtemps des études suggèrent que le cervelet participe à la navigation spatiale mais son rôle a souvent été confiné à l’exécution motrice. Notre équipe a étudié des souris mutantes L7-PKCI présentant un déficit de plasticité synaptique de type dépression à long terme (DLT) au niveau des synapses entre fibres parallèles et cellules de Purkinje du cortex cérébelleux. Ces travaux ont montré que les souris présentent à la fois un déficit dans l'optimisation de la trajectoire mais également dans le maintien de la carte cognitive formée dans l'hippocampe. En effet, les propriétés de décharge des cellules de lieu de l'hippocampe sont affectées chez ces souris exclusivement lorsque celles-ci doivent naviguer en se reposant sur les informations provenant de leur mouvement propre, c'est à dire quand elles explorent l'environnement dans le noir. A ces mêmes synapses, une plasticité de type potentialisation à long terme (PLT) a été observée et permet (avec la DLT) la modulation bidirectionelle de l’efficacité synaptique. La plasticité bidirectionnelle est un processus clé dans les modèles théoriques de type « filtre adaptatif » de traitement de l’information par le cervelet. Selon ces modèles, l’absence de PLT ou DLT devrait affecter de façon similaire la plasticité bidirectionnelle et conduire ainsi à des déficits comparables. Pour tester cette hypothèse, nous avons étudié les conséquences fonctionnelles d’un déficit de type PLT au niveau de la même synapse entre fibre parallèle et cellule de Purkinje. Nous avons utilisé la lignée transgénique L7-PP2B, spécifiquement déficitaire pour cette plasticité.Malgré un léger déficit moteur révélé exclusivement sur le rotarod, les capacités de navigation des souris L7-PP2B ne sont pas affectées dans une tâche de navigation en labyrinthe aquatique de type piscine de Morris. Les propriétés des cellules de lieu de l’hippocampe des souris L7-PP2B ont ensuite été caractérisées lors de l’exploration d’une arène circulaire dans différentes conditions environnementales. Contrairement à celles des souris L7-PKCI, les propriétés des cellules de lieux des souris L7-PP2B ne sont pas affectées lorsque les souris ne peuvent utiliser que les informations de mouvement propre pour s’orienter, c'est à dire dans le noir. Par contre, les cellules de lieux des souris L7-PP2B présentent une instabilité en l’absence de toute manipulation d’indice environnemental, dans 23% des sessions d’enregistrement. Cette instabilité, absente chez les souris contrôles, se manifeste de façon imprévisible dans un environnement familier et est caractérisée par une rotation angulaire cohérente de l’ensemble des cellules de lieux enregistrées. Ces données suggèrent qu’en l’absence de PLT cérébelleuse la représentation spatiale de l’hippocampe n’est pas ancrée de façon stable aux indices externes proximaux. Ces résultats, associés à ceux des souris L7-PKCI indiquent que le cervelet contribue de manière complexe à la fois à la représentation spatiale hippocampique et aux capacités de navigation et que DLT et PLT jouent probablement des rôles différents dans ces processus. / Spatial navigation can be divided into two processes: building a spatial representation from the environment exploration and using this representation to produce an adapted trajectory toward a goal. During the environment exploration, external and self-motion information (i.e. vestibular and proprioceptive) are combined to form the spatial map. It has long been suggested that the cerebellum participates in spatial navigation but its role has often been confined to motor execution. Our team has studied L7-PKCI mice which lack a plasticity mechanism (long term depression (LTD)) at parallel fiber-Purkinje cell synapses in the cerebellar cortex. These works have shown that L7-PKCI mice present a deficit in trajectory optimization as well as in the maintenance of the cognitive map in the hippocampus. Indeed in these mice, the firing properties of hippocampal place cells are affected specifically when mice have to rely on self-motion information, i.e. when exploring the environment in the dark.A these same synapses, another type of plasticity (long term potentiation (LTP)) has been described, and allows (with LTD) the bidirectional modulation of the synaptic efficiency. Bidirectional plasticity is a key element of the ‘adaptive filter’ theoretical models of cerebellar information processing. According to these models, a lack of LTP or LTD should similarly affect bidirectional plasticity and result in comparable deficits. To test this prediction, we investigated the functional consequences of a deficit of LTP at parallel fiber-Purkinje cell synapses using the L7-PP2B mice model, specifically impaired for this plasticity.In spite of a mild motor adaptation deficit, revealed on the rotarod task, spatial learning of L7-PP2B mice was not impaired in the watermaze task. Hippocampal place cell properties of L7-PP2B mice were characterized during exploration of a circular arena, following different experimental manipulations. In contrast to mice lacking cerebellar LTD, place cells properties of L7-PP2B mice were not impaired when mice had to rely on self-motion cues, i.e. in the dark. Surprisingly, L7-PP2B place cells displayed instability in the absence of any proximal cue manipulation in 23 % of the recording sessions. This instability occurred in an unpredictable way in a familiar environment and was characterized each time by a coherent angular rotation of the whole set of recorded place cells. These data suggest that, in the absence of cerebellar LTP, hippocampal spatial representation cannot be reliably anchored to the proximal cue. These results along with those from L7­PKCI mice, indicate that the cerebellum contributes to both hippocampal representation and subsequent navigation abilities and that LTP and LTD are likely to play different roles in these processes.

Les enfants traités pour un médulloblastome cérébelleux peuvent présenter des troubles cognitifs, en particulier de la mémoire de travail, qui entravent les apprentissages et la scolarité. Une meilleure compréhension des bases anatomo-fonctionnelles du cervelet et de son engagement dans la mémoire de travail est essentielle pour minimiser les effets secondaires du traitement et améliorer la qualité de vie des patients. Pour cela, une étude multicentrique française a été conduite.Les objectifs de cette thèse étaient de : (i) mener une étude clinico-radiologique chez les patients en confrontant les résultats des tests neuropsychologiques avec les lésions cérébelleuses macroscopiques identifiées par IRM anatomique; (ii) cartographier par IRMf BOLD l'engagement du cervelet dans la MDT chez les sujets sains ; (iii) cartographier par IRMf BOLD la réorganisation corticale chez les patients lors des mêmes tâches de MDT. Des tâches de n-back ont été utilisées selon un plan factoriel modulant la modalité sensorielle (visuelle ou auditive) et la nature (non-verbale ou verbale) de l'information à mémoriser.L'introduction de cette thèse est une revue exhaustive de la littérature sur les apports des nouvelles méthodes d'IRM dans l'exploration des troubles cognitifs chez les enfants pris en charge pour un médulloblastome cérébelleux.Deux études comparatives cas-témoins multicentriques ont été réalisées chez des sujets droitiers en combinant les données des explorations cliniques, neuropsychologiques et d'imagerie.• La 1ère étude a été conduite sur des IRM 1.5T avec des tâches 1-back. Douze sujets sains et 9 patients ont été inclus mais 4 patients et 4 sujets sains ont secondairement exclus, principalement à cause de mouvements excessifs et de problèmes techniques. Les analyses des IRMf ont donc porté sur 8 sujets sains (4 garçons de 11,11,9 ans) et 5 patients (5 garçons de 11,91,0 ans). • La 2ème étude a été conduite sur des IRM 3T avec des tâches 2-back. Quinze sujets sains et 3 patients ont été inclus mais 6 sujets sains ont été exclus à cause d'une anxiété, une précocité et des problèmes techniques. Les analyses des IRMf ont donc porté sur 9 sujets sains (7 garçons de 11,6±2,2 ans) et 3 patients (1 garçon de 14±0,6 ans).Les résultats montrent :(i) l'existence de troubles de la mémoire de travail visuo-spatiale chez les patients ;(ii) l'existence de lésions macroscopiques du lobe postérieur gauche du cervelet chez les patients ;(iii) l'engagement du lobe postérieur gauche du cervelet lors des tâches de MDT non-verbale et l'engagement du lobe postérieur droit du cervelet lors des tâches de MDT verbale chez les sujets sains ;(iv) l'engagement cérébral (cortex préfrontal, pariétal et temporo-occipital) lors des tâches de MDT chez les patients suggérant l'existence d'une réorganisation corticale.Pour conclure, ce travail souligne l'importance du lobe postérieur gauche du cervelet pour la MDT non-verbale chez les enfants droitiers. Cette information devrait être prise en compte lors de la planification opératoire des enfants opérés pour un médulloblastome cérébelleux. / Children treated for cerebellar medulloblastoma may have cognitive impairment, particularly in working memory, perturbing their school performance.A better understanding of anatomo-functional background of the cerebellum and its involvement in working memory are essential to minimize treatment side effects and to improve the patients' quality of life. A French multicenter study was therefore conducted.The objectives of this thesis were: (i) To conduct a clinico-radiological study in the patients by comparing the neuropsychological data with resected cerebellar lesions identified by anatomical MRI; (ii) To map the involvement of the cerebellum in working memory by fMRI BOLD; (iii) To map cortical reorganization of patients at the same working memory tasks by fMRI BOLD. For this, N-back tasks, following a factorial design modulated in sensory modality (visual or auditory) and in nature of information (verbal or nonverbal) to memorize, were used. In the introduction of this thesis, a comprehensive review of the literature on the contributions of new MRI methods is intended to explore the cognitive disorders in children treated for medulloblastoma.Two comparative case-control phases of this study were performed upon right-handed subjects:• The first study was conducted by 1.5T MRI with 1-back tasks. Twelve healthy subjects and 9 patients were included, but 4 patients and 4 healthy subjects were secondarily excluded, mainly because of excessive movement and technical problems. FMRI analysis was therefore focused on 8 healthy subjects (4 males, 11.1 1.9 year olds) and 5 patients (5 boys, 11.91.0 year olds).• The second study was carried out by 3T MRI with 2-back tasks. Fifteen healthy subjects and 3 patients were included, however, 6 healthy subjects were excluded due to anxiety, precocity and technical problems. FMRI analysis was applied in 9 healthy subjects (7 boys, 11.6±2.2 year olds) and 3 patients (1 boy, 14 ± 0.6 year olds).The results demonstrated: (i) the existence of visuo-spatial WM disorders in the patients; (ii) the existence of macroscopic lesions in the left posterior cerebellar lobe in patients; (iii) the involvement of the left posterior cerebellar lobe during nonverbal WM tasks and the involvement of the right posterior cerebellar lobe during verbal WM tasks in healthy subjects; (iv) the cerebral implication (prefrontal cortex, parietal and temporo-occipital) during WM tasks in the patients suggests the cortical reorganization. To conclude, this work highlights the importance of the left posterior cerebellar lobe in non-verbal WM of right-handed children. This information should be taken into account for the planning procedure in children operated for cerebellar medulloblastoma.

Aux synapses Fibres Parallèles - Cellules de Purkinje, le récepteur mGluR4 est le seul mGluR du groupe III à moduler la neurotransmission en inhibant les influx calciques qui régulent la libération de glutamate. Dans des systèmes hétérologues, il a été montré que mGluR4 était lié à des protéines G de type Gi/o couplées négativement à l'adénylate cyclase (AC). Afin de rester au plus proche des interactions physiologiques, nous avons débuté notre étude par la définition du réceptosome des récepteurs mGluR4 natifs dans le cervelet de rat. Nous avons identifié 184 partenaires putatifs du récepteur. Afin de confirmer ces interactions, mais aussi de recenser d'autres interacteurs éventuels, nous avons réalisé une approche complémentaire et indépendante de chromatographie d'affinité. Nombre de protéines ont été retrouvées par cette deuxième approche, en particulier des protéines appartenant aux familles de l'exocytose et du trafic cellulaire. Nos résultats suggèrent que le contrôle de la neurotransmission par mGluR4 pourrait s'effectuer, au moins partiellement, par une interaction avec ce type de protéines. D'autre part, nos approches biochimiques n'ont pas mis en évidence de protéines de la voie AC, mais au contraire plusieurs protéines identifiées appartiennent à la voie Phospholipase C/ Protein Kinase C (PLC/PKC). Ces résultats biochimiques corroborent certains résultats fonctionnels du laboratoire et ouvrent de nouvelles pistes quant à la modulation négative de la neurotransmission par les récepteurs mGluR4 natifs dans le cervelet / At Purkinje Cell - Parallel Fiber synapses, mGluR4 receptors are the only glutamatergic metabotropic receptors of group III to modulate glutamatergic transmission by inhibiting calcium presynaptic influx controlling glutamate release. In heterologous systems, mGluR4 has been shown to activate G proteins of type Gi/o that would be negatively linked to adenylate cyclase (AC). In order to conserve most of physiological interactions, we first studied the receptosome of native mGluR4 in rat cerebellum. We identified 184 putative partners of the receptor. Moreover, in order to confirm these interactions, but also to find other partners, we decided to perform an independent and complementary approach of chromatography affinity. Numerous proteins have been found by this method, particularly proteins belonging to exocytosis and cellular trafficking families. Our results suggest that a partial control of neurotransmission could be due to interaction of mGluR4 with these kinds of proteins. On the other hand, biochemical approaches did not reveal interactions of mGluR4 with some proteins belonging to AC pathway, but with proteins of PLC/PKC pathway. These results are consistent with some functional studies of our lab and gave the way for elucidating the native molecular mechanisms of the cerebellar neurotransmission modulation by mGluR4.

L'AVC est la seconde cause de décès et la première cause de handicaps acquis chez l’adulte dans le monde. Au cours des vingt dernières années le traitement en phase aigüe de l'AVC s’est considérablement amélioré. La mortalité post-AVC a alors commencé à diminuer et la proportion de patients survivants avec un handicap léger ou modéré a augmenté. Le suivi à long terme de ces patients a permis de mettre en évidence, chez une proportion importante d’entre-eux, la survenue d’une forte détresse psychologique. Ces troubles de l’humeur réduisent considérablement la qualité de vie post- AVC. La prise en charge principalement axée sur les déficits moteurs, sensoriels ou de langage, commence alors à s’orienter vers la prise en charge psychiatrique des patients. Ces complications restent cependant insuffisamment comprises et leur prise en charge demeure insatisfaisante. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail de thèse a été de mieux décrire les troubles de l’humeur post-AVC et de mettre en évidence, grâce à des outils de mesure objectifs, l’existence de facteurs de risques de leur survenue. 91 patients ont été suivis durant un an et ont répondu à des évaluations cognitives, de l’humeur, du sommeil et/ou du langage. Les résultats obtenus ont permis d’identifier certaines variables impliquées dans la survenue ou l’évolution de certains troubles post-AVC, par exemple la fragmentation du sommeil avec l’apathie ou la prosodie affective avec la dépression. Les lésions cérébelleuses semblent également liées à la survenus des troubles de l’humeur post-AVC. Ces résultats s’inscrivent dans une dynamique de recherche de plus en plus importante concernant les troubles de l’humeur post-AVC. / Stroke is the second leading cause of death and the leading cause of acquired disability in adults worldwide. Over the last twenty years, treatment in the acute phase of stroke has improved considerably. As a result, post-stroke mortality began to decline and the proportion of surviving patients with mild or moderate disabilities has increased. The long-term monitoring of this category of patients allowed to highlight, in a significant proportion of them, the occurrence of high psychological distress. These mood disorders significantly reduce post-stroke quality of life and, therefore, the assumption that put primary emphasis on the motor deficits, sensory or language now begins to move towards the psychological care of patients. These complications are however still insufficiently understood and their management remains unsatisfactory.In this context, the objective of this PhD was to better describe these post-stroke mood disorders and highlight, through objective measurement tools, the existence of risk factors for their occurrence. 91 patients were followed during one year after stroke and were evaluated on cognitive assessments, mood state evaluation, sleep recording and language recording. The results allowed us to better understand the involvement of some variables in the occurrence or progression of some mood disorders, for example sleep fragmentation and post-stroke apathy or affective prosody and post-stroke depression. Cerebellar lesions also appear to be related to the occurrence of post-stroke mood disorders. These results are part of the increasing research on post-stroke mood disorders.

Un cadre théorique classique pour expliquer comment les mouvements volontaires sont générés et optimisés implique l'existence d'un modèle interne basé sur les conséquences sensorielles de ses propres actions. Le cervelet est souvent considéré comme une structure où ces modèles pourraient être efficacement stockés et mis-à-jour. Parmi tous les systèmes sensoriels, le système vestibulaire est probablement celui où la plus grande proportion de stimuli est auto-générés et pourtant peu étudié en conditions actifs. Pour appréhender le rôle du vestibulo-cervelet, nous avons enregistré des cellules de Purkinje du nodulus en condition active chez le rongeur, associé à l'enregistrement quantitatif des signaux inertiels produits par les mouvements de la tête. Cela a nécessité le développent d'outils de mesure adaptés au petit animal. Ces outils, absents du commerce, sont capable d'enregistrer, et cela sans aucun câble, les mouvements inertiels (accélération linéaire et vitesse angulaire) de celui ci offrant une représentation des informations vestibulaires. Les résultats présentés dans cette thèse montrent que, au moins dans des conditions actives, les cellules de Purkinje présentent une sensibilité sélective à certaines composantes du mouvement de la tête. La diversité des réponses observées démontre de plus que chaque cellule possède son propre " champ récepteur vestibulaire ". Il a ainsi été montré que certaines cellules avaient un champ récepteur en coordonnées égocentriques et d'autres allocentriques. Cette distinction s'inscrit dans le problème général de la transformation par le cervelet des coordonnées vestibulaires et de la représentation de l'environnement. / A classical and theoretical explaining framework how voluntary movements are generated and optimized implies the existence of an internal model based on the sensory consequences of own actions. The cerebellum is often considered as a structure where the models could be effectively stored and made-to-day. Of all the sensory systems, the vestibular system is probably one where the largest proportion of stimuli are self-generated but yet little studied in active conditions. To understand the role of the vestibular-cerebellum, we recorded Purkinje cells from nodulus in active condition in rodents associated with quantitative recording of inertial signals produced by head motion. This required developing the measurement tools adapted to small animals. These tools, absent of trade, are capable of recording, without any cables, the inertial movement (linear acceleration and angular velocity) of this one as a representation of vestibular information. The results presented in this thesis show that, at least in active condition, Purkinje cells exhibit selective sensitivity to certain components of the head movement. The diversity of responses observed further demonstrates that each cell has its own "vestibular receptive field". It has thus been shown that some cells have a receptive field in egocentric coordinates while others allocentric. This results is part of the general problem of the coordinate transformation and of the environment representation by the vestibular cerebellum.

La lévodopa est actuellement la thérapie de référence pour les patients atteints de la maladie de Parkinson et permet le rétablissement artificiel des niveaux de dopamine. Cependant, ce traitement s'accompagne de mouvements involontaires anormaux invalidants, ou dyskinésies. Au cours de ma thèse, j'ai étudié l'implication des cellules de Purkinje de la région cérébelleuses crus II, via les voies cérébello-thalamo-cortico-striatale et cérébello-thalamo-striatale, dans l'émergence et le traitement des mouvements involontaires anormaux oro-linguaux induits par la lévodopa dans un modèle murin de la maladie de Parkinson. Mes résultats suggèrent que la stimulation chronique et spécifique des cellules de Purkinje par une technique d'optogénétique semble à même de corriger et de prévenir le phénotype dyskinétique et ce en association avec une modulation de l'activité du noyau thalamique intralaminaire parafasciculaire, du cortex moteur primaire oral et du striatum dorsal. Les voies cérébello-thalamo-cortico-striatale et cérébello-thalamo-striatale semblent ainsi impliquées dans le traitement correctif et préventif des dyskinésies induites par la lévodopa dans la maladie de Parkinson. / Levodopa is currently the gold standard treatment for Parkinson’s disease patients and artificially restores dopamine levels. However, it induces debilitating abnormal involuntary movements, or dyskinesia. During my thesis, I assessed the involvement of the cerebellar crus II region Purkinje cells, via the cerebello-thalamo-cortico-striatal and cerebello-thalamo-striatal pathways, in the onset and the treatment of levodopa induced oro-lingual abnormal involuntary movements, in a mouse model of Parkinson’s disease. My results suggest that the chronic and specific stimulation of Purkinje cells, using optogenetics, seems able to correct and prevent the dyskinetic phenotype, together with modulations of the activity of the parafascicular intralaminar thalamic nucleus, primary oral motor cortex and dorsal striatum, thus arguing for the involvement of the cerebello-thalamo-cortico-striatal and the cerebello-thalamo-striatal pathways in the corrective and preventive treatment for levodopa induced dyskinesia in Parkinson’s disease.