L’objectif de ce travail était d’étudier certains aspects de la géométrie ou macroarchitecture afin de mieux comprendre la contribution de la géométrie sur le risque de fracture. Pour les os tubulaires, l’apposition périostée tente de compenser la perte osseuse après la ménopause et il existe peu d’études pour les vertèbres. Dans une étude prospective, les dimensions des corps vertébraux augmentent significativement à 3 ans chez les femmes ménopausées ostéoporotiques et que cette augmentation est fortement associée à la taille initiale des os suggérant que les os plus grands ont besoin d’une expansion périostée plus importante pour maintenir la résistance osseuse. Des études antérieures ont suggéré qu’il fallait évaluer la géométrie du rachis dans sa globalité en étudiant le rôle des courbures rachidiennes. Dans une deuxième étude prospective de 3 ans chez des femmes ménopausées ostéoporotiques, la cyphose thoracique est un facteur de risque de fractures vertébrales même après ajustement sur la présence de fractures vertébrales prévalentes. Une troisième étude prospective qui a cherché à identifier les paramètres géométriques associés au risque de fracture de hanche chez les femmes ménopausées ostéoporotiques non traitées montre que l’épaisseur corticale fémorale mesurée par l’outil HSA (Hip Structural Analysis) améliore la prédiction du risque de fracture de hanche indépendamment de la mesure de la densité minérale osseuse (DMO). L’outil géométrique que nous avons développé pour s’affranchir de l’influence de la DMO montre que l’augmentation de la distance intertrochantérienne est associée à une augmentation du risque de fracture indépendamment de la DMO. En revanche l’outil actuel est peu reproductible pour la mesure de la corticale fémorale. / The aim of the study was to study certain aspects of bone geometry or macroarchitecture to understand better the contribution of bone geometry on the risk of fracture. For tubular bones, periosteal apposition can occur to compensate bone loss after the menopause and there is no data concerning the prospective changes in vertebral body dimensions. In a prospective study of women with postmenopausal osteoporosis, vertebral body dimensions increase over 3 years in women and the bigger bones need more periosteal expansion to maintain bone strength. Previous studies showed that whole spine geometry and especially the spinal curvatures need be evaluated to understand the role of vertebral geometry on the risk of fracture. In a second prospective study in postmenopausal osteoporotic women, thoracic kyphosis is a risk factor for vertebral fractures over 3 years, even after adjusting on presence of prevalent fractures. A third prospective study aimed at identifying the geometric parameters associated with an increase risk of hip fracture in postmenopausal osteoporotic women untreated. Femoral cortical thickness measured by HSA tool (Hip Structural Analysis) is associated with an increase risk of hip fracture, independently of bone mineral density (BMD). The geometrical tool which we developed to eliminate the influence of the BMD shows that increase in the intertrochanteric distance is associated with an increase risk of hip fracture.

L'objectif de ce travail était d'étudier certains aspects de la géométrie ou macroarchitecture afin de mieux comprendre la contribution de la géométrie sur le risque de fracture. Pour les os tubulaires, l'apposition périostée tente de compenser la perte osseuse après la ménopause et il existe peu d'études pour les vertèbres. Dans une étude prospective, les dimensions des corps vertébraux augmentent significativement à 3 ans chez les femmes ménopausées ostéoporotiques et que cette augmentation est fortement associée à la taille initiale des os suggérant que les os plus grands ont besoin d'une expansion périostée plus importante pour maintenir la résistance osseuse. Des études antérieures ont suggéré qu'il fallait évaluer la géométrie du rachis dans sa globalité en étudiant le rôle des courbures rachidiennes. Dans une deuxième étude prospective de 3 ans chez des femmes ménopausées ostéoporotiques, la cyphose thoracique est un facteur de risque de fractures vertébrales même après ajustement sur la présence de fractures vertébrales prévalentes. Une troisième étude prospective qui a cherché à identifier les paramètres géométriques associés au risque de fracture de hanche chez les femmes ménopausées ostéoporotiques non traitées montre que l'épaisseur corticale fémorale mesurée par l'outil HSA (Hip Structural Analysis) améliore la prédiction du risque de fracture de hanche indépendamment de la mesure de la densité minérale osseuse (DMO). L'outil géométrique que nous avons développé pour s'affranchir de l'influence de la DMO montre que l'augmentation de la distance intertrochantérienne est associée à une augmentation du risque de fracture indépendamment de la DMO. En revanche l'outil actuel est peu reproductible pour la mesure de la corticale fémorale.

Les processus de plasticité cérébrale entrainés par la perte visuelle restent un domaine méconnu dans le champ des neurosciences. La vision centrale et périphérique, le meilleur compromis évolutionniste entre une bonne résolution spatiale et un volume d’espace échantillonné maximal, sont traitées par des régions différentes du cerveau. Par conséquent, étudier et comprendre l’impact de la perte visuelle centrale ou périphérique dans ces régions constitue une étape cruciale dans l’étude du cerveau visuel. Afin d’étudier ces processus, nous avons utilisé deux modèles de perte visuelle sélective de la vision centrale (la dystrophie maculaire de Stargardt) et périphérique (la rétinopathie pigmentaire), et nous avons évalué l’impact à terme de ces deux types de désafférentation sur la structure et la connectivité fonctionnelle du cerveau. 1. Plasticité structurelle induite par la perte sélective de la vision centrale ou périphérique. Nous avons étudié l’épaisseur corticale (EpCo) et de l’entropie corticale (EnCo, marquer de complexité synaptique) du lobe occipital, région pour laquelle nous disposons d’une cartographie complète des régions cytoarchitectoniques. Nous avons constaté que la perte de la vision centrale induit un amincissement des régions appartenant au flux dorsal, tandis que la perte de la vision périphérique occasionne un amincissement du cortex visuel primaire (CVP), ainsi que des régions du flux ventral et dorsal. Ces effets étaient inattendus si on se rapporte au modèle canonique qui associe la vision centrale au flux ventral et la vision périphérique au flux dorsal. La normalité de l’EnCo dans ces régions, suggère que la complexité synaptique est préservée dans les réseaux neuronaux résiduels. Nous avons identifié des modifications de l’EnCo seulement en cas de perte de la vison centrale, où l’augmentation de l’EnCo dans des régions impliquées dans la reconnaissance des objets pourrait traduire une réponse adaptative à la perte de la haute résolution spatiale de cette partie du champ visuel. Cette augmentation de la complexité synaptique pourrait compenser une éventuelle perte neuronale et être responsable de la normalité de l’EpCo dans ces régions. 2. Plasticité de la connectivité fonctionnelle des régions du cortex visuel primaire recevant les projections de la partie centrale » et périphérique champ visuel Dans cette étude, nous avons exploré et comparé la connectivité fonctionnelle des régions afférentées et desafférentées du CVP de sujets souffrant de dystrophie maculaire de Stargardt et retinitis pigmentosa, avec les régions afféréntées correspondantes du CVP de sujets avec une vision normale. Cette étude a révélé une réorganisation fonctionnelle distincte du CVP afférenté et désafférenté. Ainsi, le CVP qui reçoit les afférences visuelles résiduelles présente une connectivité fonctionnelle accrue avec des régions voisines, probablement afin de favoriser le traitement de l’information visuelle, tandis que le CVP désafférenté augmente sa connectivité fonctionnelle avec des régions plus éloignées, vraisemblablement pour contribuer aux fonctions supérieures et à des processus de type top-down. L’analyse comparative des données morphologiques et fonctionnelles suggère une correspondance des régions amincies du cortex visuel associatif avec des régions qui montrent une diminution de la connectivité fonctionnelle avec le CVP périphérique, et des régions présentant une augmentation de la complexité synaptique avec des régions qui montrent une connectivité fonctionnelle accrue avec le CVP périphérique. Ces données suggèrent que la désafferentation sensorielle du CVP périphérique est plus propice au développement d’une réorganisation cérébrale. Synoptique : Ces travaux révèlent un aspect inattendu de la plasticité cérébrale induite une perte isolée de la vision centrale ou périphérique. La réorganisation s’avère plus complexe que le laisser présager le modèle canonique actuel, vraisemblablement trop simple. / Cerebral plasticity induced by visual loss represents a poorly understood field of neuroscience, with numerous questions that don’t yet have an answer. Central and peripheral vision, the evolutionary compromise between spatial resolution and the sampled space volume, are processed in distinct areas of the brain. Understanding the impact of vision loss in theses regions, is of utmost interest for the study of visual brain. Herein, in two models of retinal disorders affecting central and peripheral vision (namely Stargardt macular dystrophy and retinitis pigmentosa), we specifically investigated the effects of the central and peripheral visual loss on brain morphology and its functional connectivity. 1. Morphological plastic changes induced by central and peripheral visual loss. We explored the effects of visual loss on cortical thickness (CoTks) and cortical entropy (CoEn, marker of synaptic complexity) in the cytoarchytectonic regions of the occipital lobe. Central visual loss associated thinning in dorsal stream regions, while peripheral visual loss in early visual cortex (EVC) and regions belonging both to dorsal and ventral stream. Theses effects were unpredicted by the canonical view “central vision – ventral stream”, “peripheral vision – dorsal stream”. Normal CoEn in theses areas suggests that synaptic complexity is preserved in the remaining networks. Only central visual field loss presented CoEn alterations, namely an increase in areas involved in object recognition, that likely reflects a synaptic complexity enhancement in response to the loss of the high spatial resolution of central vision. The gain in synaptic complexity could mask neuronal loss due to deafferentation and may account for the CoTks normality. 2. Plastic changes in the functional connectivity of central and peripheral EVC. We explored and compared to normally afferented EVC, the functional connectivity of afferented and deafferented parts of EVC and found that central and peripheral visual loss induce different patterns of reorganization. Residually afferented early visual cortex reinforce local connections presumably to enhance the processing of altered visual input, while deafferented EVC strengthen long-range connections presumably to assist high-order functions. Combined structural and functional data indicate that areas with reduced CoTks superpose with several areas presenting reduced functional connectivity with the peripheral EVC and that areas with increased CoEn superpose with several areas presenting increased functional connectivity with afferented peripheral EVC. These data point that alterations of the sensory input to the peripheral field are more prone to induce plastic changes. Overview : Data in the current work provide an interesting perspective about the plasticity following central or peripheral visual field loss and show that it is more complex than the canonical model would have let to presume.

Les modifications de la morphologie du cortex cérébral induites par la maladie d'Alzheimer à ses stades précoces contribuent à l'intérêt croissant à l'égard des biomarqueurs de la morphologie corticale. Ceux-ci permettraient notamment une meilleure compréhension de l'impact de cette pathologie sur l'anatomie cérébrale et une détection plus précoce de la maladie. L'originalité de notre travail par rapport au reste de la littérature est de s'intéresser à la morphologie des surfaces interne (interface substance blanche / substance grise) et externe (interface substance grise / liquide cérébro-spinal) du cortex cérébral. Dans cette perspective, nous avons développé des méthodes d'estimation de la courbure et de la dimension fractale des surfaces corticales. A partir de ces biomarqueurs morphologiques et de l'épaisseur corticale dont la méthode d'estimation a été précédemment développée dans le laboratoire, nous avons exploré l'impact de la maladie d'Alzheimer sur la morphologie du manteau cortical et nous avons évalué leur apport individuel et celui de leur association au diagnostic précoce de la maladie. Nos résultats montrent une influence significative de la pathologie sur la morphologie des sillons et sur celle des circonvolutions des surfaces corticales interne et externe. En termes d'application diagnostique, nous montrons que prises isolément, l'épaisseur corticale présente une meilleure capacité prédictive que la courbure corticale, nous ne constatons en revanche aucune capacité prédictive de la dimension fractale. Par contre, nous montrons que l'utilisation conjointe de l'épaisseur corticale et de la courbure permet une amélioration significative du diagnostic précoce. / Morphological alterations of the cortical mantle in early stage of Alzheimer's disease have led to an increasing interest towards morphological biomarkers of the cerebral cortex. By providing a quantitative measure of the cortical shape, morphological biomarkers could provide better understanding of the impact of the disease on the cortical anatomy and play a role in early diagnosis. Therefore, as a primary goal in this study, we developed cortical surface curvature and fractal dimension estimation methods. We then applied those methods, together with the estimation of cortical thickness, to investigate the impact of Alzheimer's disease on the cortical shape as well as the contribution of cortical thickness and cortical curvature to the early diagnosis of Alzheimer's disease. The originality of this work lies in the estimation of sulcal and gyral curvature of the internal (gray matter/white matter boundary) and external (gray matter/cerebrospinal fluid boundary) cortical surfaces in addition to the fractal dimensions of these boundaries. Our results showed significant impact of Alzheimer's disease on sulcal and gyral shapes of the internal and external cortical surfaces. In addition, cortical thickness was found to have better ability than cortical curvature for the early diagnosis of Alzheimer's disease; no significant ability for the early diagnosis was found using fractal dimension. However, we found significant improvement in early diagnosis by combining cortical thickness and cortical curvature.