Plusieurs fonctions cognitives sont latéralisées dans le cerveau humain adulte. Nous avons étudié l’origine des asymétries fonctionnelles chez les nourrissons, en évaluant les substrats neuronaux de reconnaissance des visages et des traitements du langage imbriqués dans les réseaux visuels et auditifs, grâce à la neuroimagerie non invasive (EEG et l’IRM de diffusion). Pour cela, nous avons étudié le développement fonctionnel et structurel de ces deux systèmes cérébraux au cours des six premiers mois postnataux. Nous avons observé que la vitesse des réponses visuelles était liée à la maturation des faisceaux de fibres de la matière blanche conduisant ces réponses, plus que l’âge des bébés, alors que la vitesse des réponses auditives doit dépendre d’un réseau de faisceaux de fibres et de régions corticales plus vaste. Parallèlement, nous avons étudié la latéralisation de la reconnaissance des visages grâce à un paradigme de discrimination des visages présentés dans chaque hémichamp. Nous avons observé que seul l'hémisphère droit pouvait discriminer les visages et que les informations pertinentes étaient transférées entre les deux hémisphères. Pour cibler la latéralisation du traitement du langage, nous avons étudié les réponses à des stimuli de la parole présentés de manière monaurale. Une comparaison entre un groupe de nourrissons avec une agénésie du corps calleux et un groupe contrôle a montré que les réponses à ces stimuli étaient transférées de façon asymétrique via le corps calleux. Cette asymétrie, facilitée vers l’hémisphère gauche, intervient probablement dans la latéralisation précoce du réseau du langage. L’ensemble de ces études mettent bien en évidence le potentiel de la neuroimagerie pour étudier le développement du cerveau et ces asymétries précoces. / Several cognitive functions such as face and speech processing are lateralized in the adult human brain. The ontogeny of these functional asymmetries is yet poorly understood. We aimed to evaluate the neural substrates of face and speech processing, nested in the visual and auditory networks using non-invasive neuroimaging techniques in infants. First, we studied how the functional and structural characteristics of these two brain systems change over the first postnatal semester. With EEG, we showed age-related decreases in the latency of brain responses and demonstrated that the speed of early visual responses is related to the maturation of underlying white matter tracts conducting them, as assessed with diffusion MRI. For the auditory system, our results suggested that the speed of responses may rely on maturation of more pathways and cortical regions. In parallel, we studied face processing lateralization using a discrimination paradigm of faces presented in each hemifield and observed that only the right hemisphere was able to discriminate between faces. Further evidence also suggested a transfer of face-relevant information across hemispheres. To study speech processing lateralization, we used a paradigm with monaural presentation of speech stimuli. A comparison between typical infants and infants with callosal agenesis, suggested an asymmetric transfer of auditory information across hemispheres, facilitated toward the left hemisphere, that might contribute to the lateralization of language early on. This thesis highlights the potential of neuroimaging techniques for the study of brain’s structural and functional development and of hemispheric asymmetries early on.

La sérotonine a été impliquée dans le processus développemental de raffinement périnatal des connections synaptiques. D’autre rôle important est joue par des cellules immunitaires du cerveau, la microglie.Pendant ma thèse j’ai teste l’hypothèse qu’une interaction entre la microglie et la sérotonine est nécessaire pour l’établissement des circuits neuronaux correct dans le cerveau de la souris.Les résultats récents du laboratoire ont montré que la microglie exprime un des récepteurs à la sérotonine: le 5-HT2B. En utilisant comme model la ségrégation des axons retiennes dans le thalamus j’ai observé que la souris invalide pour ce récepteur présente des altérations anatomiques dans les régions des projections rétiniennes du thalamus.En parallèle, j’ai testé l’effet de la sérotonine sur la microglie. La libération locale de la sérotonine sur les coupes aigue du cerveau a un effet chemoattractant sur la microglie (2-photon microscopie).En plus, les analyses d'expression d’ARN de microglie dans une culture cellulaire primaire ont montres une augmentation de certains marqueurs d'activation dans la souris invalidée pour le récepteur 5-HT2B.Afin de tester quelle(s) cellule(s) sont responsable(s) pour les altérations observées dans le thalamus j’ai teste un nombre de souris avec une invalidation conditionnelle du récepteur 5-HT2B. Les résultats que j’ai obtenus pendant mon doctorat support l’hypothèse que la sérotonine interagit avec la microglie et que cette interaction pouvait être importante dans la maturation du cerveau. / Serotonin, besides its functions as a neurotransmitter, actively participates in postnatal establishment and refinement of brain wiring in mammals. Another important role is played by the brain resident macrophages, microglia, in developmentally-regulated neuronal death as well as in synaptic maturation or elimination.During my thesis, I tested the hypothesis of cross-regulations between microglia and serotonin during postnatal brain development in a mouse model. The laboratory data show a major expression of the serotonin 5-HT2B receptor by postnatal microglia, suggesting that serotonin could participate in temporal and spatial synchronization of microglial functions. Using an in vivo model of synaptic refinement during early brain development, the maturation of retinal projections to the thalamus, I observed that Htr2B-/- mice present anatomical alterations of the projecting area of retinal axons into the thalamus.Parallelly, I tested the effects of serotonin on microglial cells. A local delivery of serotonin attracted microglial processes on acute brain slices (two-photon microscopy).Moreover, after comparing mRNA expression level in microglial primary cultures, we have found that some activation markers are upregulated in microglia from Htr2B-/-.In the second part of my PhD, by using a number of conditional Htr2B-/- mice, I investigated which cell type(s) could be responsible for the altered segregation of retinal axons in the thalamus of the total Htr2B-/- mice.Overall, my results support the hypothesis that serotonin interacts with microglial cells and that these interactions could participate in brain maturation.

Cette thèse vise à faire émerger de nouvelles descriptions de la variabilité des plissements du cortex humain en s’appuyant sur des techniques de fouilles de données. L’objectif principal est la conception d’algorithmes permettant de découvrir des motifs de plissement spécifiques à une sous-population d’individus. Le but final est de réaliser un dictionnaire de ces motifs et de les associer à des particularités cognitives ou architecturales, voire à des pathologies. Deux stratégies de « clustering » sont proposées pour mettre en évidence de tels motifs. La première repose sur des descripteurs de formes globaux correspondant aux invariants de moment 3D, la seconde repose sur l’estimation d’une matrice de distances entre chaque paire d’individus. Un algorithme de clustering dédié est conçu pour détecter les motifs les plus fréquents de manière robuste. Une technique de réduction de dimension est utilisée pour mettre en évidence les transitions entre motifs au sein de la population. Les méthodes algorithmiques proposées sont utilisées pour étudier la forme du cortex sensori-moteur d’une population de gauchers contrariés. Des résultats originaux sur le lien entre la forme du sillon central et la latéralité manuelle sont mis en évidence. Les méthodes développées sont ensuite utilisées pour construire le premier dictionnaire des motifs observés dans les plissements corticaux issu d’une approche algorithmique. / This thesis aims at proposing new descriptions of the variability of the folding of the human cortex using data mining. The main objective is the design of algorithms detecting folding patterns specific to a sub-population. The long term goal is the constitution of an exhaustive dictionary of all the folding patterns enriched with links to cognitive or architectural specificities, or to pathologies. Two clustering strategies are proposed to detect such patterns. The first one is based on global shape descriptors called the 3D moment invariants, the second one implies the computation of a pairwise distance matrix. A dedicated clustering algorithm is designed for robust detection of the most frequent patterns. A dimension reduction strategy is proposed to study the transition from one pattern to another across the population. The proposed framework is applied to the study of the shape of the sensori-motor cortex of a population of left-handers forced to write with the right hand. Original discoveries relating the shape of the central sulcus to handedness are achieved. The framework is finally used to build the first computerized dictionary of the cortical folding patterns.

Cette thèse vise à faire émerger de nouvelles descriptions de la variabilité des plissements du cortex humain en s'appuyant sur des techniques de fouilles de données. L'objectif principal est la conception d'algorithmes permettant de découvrir des motifs de plissement spécifiques à une sous-population d'individus. Le but final est de réaliser un dictionnaire de ces motifs et de les associer à des particularités cognitives ou architecturales, voire à des pathologies. Deux stratégies de " clustering " sont proposées pour mettre en évidence de tels motifs. La première repose sur des descripteurs de formes globaux correspondant aux invariants de moment 3D, la seconde repose sur l'estimation d'une matrice de distances entre chaque paire d'individus. Un algorithme de clustering dédié est conçu pour détecter les motifs les plus fréquents de manière robuste. Une technique de réduction de dimension est utilisée pour mettre en évidence les transitions entre motifs au sein de la population. Les méthodes algorithmiques proposées sont utilisées pour étudier la forme du cortex sensori-moteur d'une population de gauchers contrariés. Des résultats originaux sur le lien entre la forme du sillon central et la latéralité manuelle sont mis en évidence. Les méthodes développées sont ensuite utilisées pour construire le premier dictionnaire des motifs observés dans les plissements corticaux issu d'une approche algorithmique.