Chemotherapy Induced Peripheral Neuropathy (CIPN) is known to impact negatively on patients' quality of life. It has been reported that these patients tend to have sensitivity thresholds to stimuli, such as pain and temperature, that are different from those of normal subjects. The effect of chemotherapeutic agents on the central nervous system (CNS) has been observed; however, most of the mechanisms involved are not exactly understood. A quantitative investigation into the temperature sensitivity changes in the spinal cords and brains of chemotherapy patients would provide important information in understanding the side effects of this treatment modality. In the first part of the project, the temperature perceptional changes in terms of brain activation patterns of the chemotherapy patients with CIPN are studied using brain function MRI. In the second part of the project, the structural changes of the brain and spinal cord of chemotherapy patients with CIPN are studied using diffusion tensor imaging (DTI). High b-value (b = 1500 s/mm2) and low b-value (b=650 s/mm2) settings will be use during the spinal cord DTI scans. Due to the sample size limitation, no comparison between healthy volunteers and CIPN patients can be done based on the existing temperature fMRI data. However, the developed temperature fMRI protocol shows good reliability in detecting temperature response. Based on the spinal cord DTI result using b = 1500 s/mm2, decrease in FA value has been observed. The corresponding FA values of CIPN patient and healthy volunteers are 0.28±0.10 and 0.41±0.02 , respectively. (t-test = 2.63 >2.447, p=0.05 level of significant) However, no significant difference is observed in other diffusion parameters. This results also suggests that application of high b-value setting is more suitable as it is better at detecting diffusion at microstructure. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

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

L’imagerie par résonance magnétique de diffusion (IRMd) et de l’IRM fonctionnelle (IRMf) permettent d’explorer la connectivité cérébrale de façon in vivo. Avec l’IRMd, l’architecture du cerveau est inférée en observant la diffusion des molécules d’eau le long des faisceaux de matière blanche. La reconstitution virtuelle de ces fibres est appelée tractographie et représente encore un défi dans ce domaine. Avec l’IRMf, la connectivité fonctionnelle entre deux régions cérébrales est obtenue en examinant la corrélation spatiotemporelle des basses fréquences présentes dans le signal. Effectuer ces analyses sur l’entièreté des voxels du cerveau est très coûteux en termes de temps de calcul et nécessite des connaissances anatomiques précises à chaque individu. Bien qu’il y ait eu d’énormes progrès dans la sophistication des techniques d’imagerie pour traiter les maladies cérébrales, l’infrastructure informatique pour soutenir celles-ci est encore au niveau de l’Âge de pierre, entravant ainsi à leur déploiement en salle d’opération. Il est donc impératif de développer de nouveaux outils informatiques pouvant gérer la complexité de ces données dans un temps efficace. Cette thèse vise à réorienter le paradigme standard d’imagerie cérébrale qui généralise l’information entre individus vers une approche individualisée. Pour ce faire, nous avons 1) quantifié la variabilité présente dans les données d’IRM. Puis, nous avons 2) développé des outils neuro-informatiques permettant d’explorer la connectivité cérébrale au niveau individuel. Ces outils ont permis entre autres 3) d’améliorer la reconstruction virtuelle des radiations optiques, procurant ainsi une information plus complète aux neurochirurgiens. À terme, les méthodes proposées dans ce mémoire fourniront de l’aide aux chirurgiens afin d’améliorer le pronostic d’un patient. / Abstract : Combining diffusion Magnetic Resonance Imaging (dMRI) and functional MRI (fMRI) permits a unique way of exploring brain connectivity in vivo. With dMRI, information about the structural architecture of the brain can be obtained by probing the diffusion of water molecules in and around the white matter (WM) fiber pathways. The process of virtually reconstructing these pathways is called tractography and still represents a difficult challenge in the field. With fMRI, functional connectivity is derived by examining the spatio-temporal correlations in the low frequency bracket of the blood-oxygen-level dependent (BOLD) signal. However, this process can be computationally expensive and requires anatomical knowledge. This thesis aims at shifting the standard brain imaging paradigm of generalizing information across individuals towards a subject-specific approach. Indeed, valuable information is discarded when assuming constant parameters across subjects. From a neurosurgical perspective, capturing the idiosyncrasies of individuals is paramount and requires a highlyspecialized set of mathematical tools. There have been huge advances in the sophistication of brain imaging techniques to treat brain diseases, but computational infrastructure to support the guidance of such treatment has lagged behind, hindering accessibility to their robust deployment. It is therefore imperative to develop a set of new mathematical and computational tools that can handle the complexity of these data in a time efficient manner. Here, applied cutting edge computational methods to improve scientific visualization of brain imaging data in a subject-specific fashion. Ultimately, the methods proposed here will allow surgeons to make a far more informed decision on patient outcome.

L'IRMf de repos qui repose sur l'étude des fluctuations du signal BOLD chez un sujet au repos, pourrait permettre d'explorer les mécanismes du handicap dans la Sclérose En Plaques (SEP). En utilisant l'IRMf de repos, ce travail a eu pour objectif de caractériser la réorganisation fonctionnelle des patients atteints de SEP et ses liens avec leur handicap.Nous avons d'abord réalisé une étude combinant IRMf de repos et d'activation au stade précoce de la SEP et montré l'existence d'une corrélation entre la plasticité fonctionnelle du système moteur des patients au repos et durant la tâche. Nous avons ensuite montré l'existence d'une augmentation diffuse du niveau de connectivité fonctionnelle des patients présentant une SEP débutante, corrélée à leurs performances. Dans la 3ème partie, nous avons objectivé l'existence d'un déclin dynamique de la topologie fonctionnelle corrélée à la progression du handicap grâce à une étude longitudinale utilisant la théorie des graphes. Enfin, nous avons démontré que le gain fonctionnel obtenu par la rééducation chez les patients SEP était corrélé à une augmentation de connectivité fonctionnelle du réseau cérébral par défaut et central exécutif et de densité de substance grise dans le cortex frontal.Nos travaux montrent l'existence d'une réorganisation cérébrale fonctionnelle complexe et dynamique dans la SEP qui pourrait correspondre à des phénomènes compensatoires, dont le déclin avec l'évolution de la maladie participe à la progression du handicap. Ils démontrent l'intérêt de l'IRMf de repos pour la compréhension des substrats anatomo-fonctionnels du handicap dans la SEP et comme potentiel instrument futur d'évaluation thérapeutique. / Resting-state fMRI (rs-fMRI) may provide important clue concerning disability in multiple sclerosis (MS) by exploring the spontaneous BOLD fluctuations at rest in the whole brain. The aim of this work is to depict the functional reorganization of resting-state networks in MS patients and to assess its potential relationships with disability.In the first part, we performed an fMRI protocol combining a rs-fMRI and task-associated fMRI during a motor task, in a group of early MS patients. This study evidenced a direct association between reorganization of connectivity at rest and during activation in the motor system of patients. In the second rs-fMRI study, we evidenced an increased of the global level of connectivity in most of the rs-networks, strongly associated with the level of disability of patients. In the third part, we evidenced in a 2-year longitudinal study using graph theoretical approach that MS patients exhibited a dynamical alteration of functional brain topology that significantly correlated with disability progression. In the last part, we evidenced that the transient clinical improvement following physical rehabilitation in MS patients is associated with reversible plasticity mechanisms located in the default mode network, the central executive network and in the left fronto-orbital cortex. These works evidence that MS patients exhibit a complex and dynamical functional reorganization of rs-networks, significantly associated with disability progression. This PhD thesis confirms that rs-fMRI is a relevant biomarker of pathophysiology leading to disability in MS and represents a promising tool for therapeutic assessment of MS patients in the future.

La maladie de Huntington s’accompagne de troubles des conduites sociales perturbant les relations interindividuelles. L'objectif de ce travail de thèse était de mieux comprendre ces troubles sociaux en examinant les habiletés en cognition sociale de personnes porteuses de la mutation ou atteintes de cette maladie neurogénétique. La cognition sociale comprend notamment la reconnaissance des émotions d’autrui, les connaissances sociales et la théorie de l’esprit, soit la capacité à attribuer aux autres des états mentaux affectifs (sentiments) ou cognitifs (intentions,croyances). Nous avons étudié la cognition sociale à la phase présymptomatique et symptomatique de la maladie de Huntington à l’aide de tests neuropsychologiques et de la neuroimagerie morphologique et fonctionnelle. Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une collaboration entre le centre national de référence pour les maladies neurogénétiques de l'adulte du CHU d’Angers et la plate-forme d’imagerie médicale Cyceron de Caen. Ce travail visait à mieux comprendre les perturbations en cognition sociale accompagnant la maladie de Huntington, leur évolution et leurs bases neurobiologiques afin d’améliorer notre compréhension des troubles du comportement accompagnant cette maladie. Nous espérons ainsi pouvoir mieux contribuer au diagnostic, au pronostic et à la prise en charge des personnes concernées par cette maladie. / Huntington's disease is accompanied by disturbances insocial behavior that disrupt inter-individual relationships.The aim of this thesis was to better understand these social disorders by examining the social cognition skills of people with the mutation or the neurogenic disease. Social cognition includes the recognition of the emotions of others, social knowledge and the theory of the mind, namely the ability to attribute to others emotional (feelings) or cognitive (intentions, beliefs) mental states. We studied social cognition in the presymptomatic and symptomatic phase of Huntington's disease using neuropsychological tests and morphological and functional neuroimaging. This work was carried out within the framework of a collaboration between the national center of reference for the neurogenic diseases of adults of the CHU of Angers and the platform of medical imaging Cyceron of Caen. This work aimed to better understand the social cognition disruptions accompanying Huntington's disease, their evolution and their neurobiological basis in order to improve our understanding of behavioral disorders accompanying this disease. We hope to be able to better contribute to the diagnosis, prognosis and care of those affected by this disease.

L’hallucination est une expérience subjective vécue en pleine conscience consistant en une perception impossible à distinguer d’une perception réelle, mais survenant en l’absence de tout stimulus en provenance de l’environnement externe. Les symptômes hallucinatoires, qui peuvent concerner toutes les modalités sensorielles, sont retrouvés dans divers troubles neurologiques et psychiatriques mais également chez certains sujets indemnes de toute pathologie. Dans le champ de la psychiatrie, la pathologie la plus fréquemment associée aux hallucinations reste la schizophrénie et la modalité auditive est la plus représentée, puisque 60 à 80% des patients souffrant de ce trouble sont concernés. Le retentissement fonctionnel des hallucinations auditives peut être important, altérant significativement la qualité de vie des patients.Dans ce contexte, la prise en charge de ce type de symptômes s’avère un enjeu considérable pour les personnes souffrant de schizophrénie. Pourtant, les moyens thérapeutiques actuellement disponibles (traitements médicamenteux antipsychotiques notamment) ne permettent pas toujours une rémission complète de la symptomatologie hallucinatoire et l’on considère que 25 à 30% des hallucinations auditives sont « pharmaco-résistantes ». C’est à partir de ce constat que, ces dernières années, ont émergé, pour le traitement des hallucinations auditives, des techniques de neuromodulation comme la stimulation magnétique transcrânienne répétée ou la stimulation électrique transcrânienne par courant continu. Toutefois, les résultats de ces nouvelles thérapies sur les hallucinations auditives résistantes restent modérés et le développement de stratégies alternatives demeure un enjeu de recherche majeur.Actuellement, les travaux en imagerie fonctionnelle permettent d'affiner les modèles physiopathologiques des hallucinations auditives, mais leur intérêt pourrait aller au-delà de la recherche fondamentale, avec possiblement des applications cliniques telles que l'assistance thérapeutique. Ce travail de thèse s’inscrit précisément dans le développement de l’imagerie cérébrale de « capture » des hallucinations auditives, c’est-à-dire l’identification des patterns d’activation fonctionnels associés à la survenue des hallucinations auditives.La première partie de ce travail est consacrée à la détection automatisée des hallucinations auditives en IRM fonctionnelle. L’identification des périodes hallucinatoires survenues au cours d’une session d’IRM fonctionnelle est actuellement possible par une méthode de capture semi-automatisée validée. Celle-ci permet une labellisation des données acquises au cours d’une session de repos en périodes « hallucinatoires » et « non-hallucinatoires ». Toutefois, le caractère long et fastidieux de cette méthode limite largement son emploi. Nous avons donc souhaité montrer comment les stratégies d’apprentissage machine (support vector machine ou SVM, notamment) permettent l’automatisation de cette technique par le développement de classificateurs performants, généralisables et associés à un faible coût de calcul (indispensable en vue d’une utilisation en temps réel). Nous proposons également le développement d’algorithmes de reconnaissance de la période « pré-hallucinatoire », en mettant en évidence que ce type de classificateur présente aussi des performances largement significatives. Enfin, nous avons pu montrer que l’utilisation de stratégies d’apprentissage-machine alternatives au SVM (e.g, le TV-Elastic-net), obtient des performances significativement supérieures au SVM [...] / Hallucination is a transient subjective experience perceived as real, but occurring in the absence of an appropriate stimulation coming from the external environment. Hallucinatory events, which can occur across every sensory modality, are observed in various neurological and psychiatric disorders but also among “non-clinical” populations. The most frequent disorder associated with hallucinations in the field of psychiatry is schizophrenia. Auditory-verbal experiences are particularly frequent, with a lifetime-prevalence of 60 to 80% in patients suffering from schizophrenia. Hallucinations may cause long-term disability and poorer quality of life.In this context, the management of auditory-verbal hallucinations in patients with schizophrenia constitutes a major challenge. However, despite the increasing sophistication of biological and psychosocial research methods in the field, no significant therapeutic breakthrough has occurred in the last decade and a consensus exists that a significant proportion of patients with schizophrenia (i.e., around 25 %), exhibit drug-resistant auditory-verbal hallucinations. Non-pharmacological treatments, such as repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) or transcranial direct current stimulation (tDCS) have been proposed as an option for addressing the unmet medical needs described above. However, these neuromodulation techniques show a moderate effect in alleviating drug-resistant auditory-verbal hallucinations and the development of innovative therapeutic strategies remains a major challenge.In recent years, the number of brain imaging studies in the field of auditory-verbal hallucinations has grown substantially, leading to a better pathophysiological understanding of this subjective phenomenon. Recent progress in deciphering the neural underpinnings of AVHs has strengthened transdiagnostic neurocognitive models that characterize auditory-verbal hallucinations, but more specifically these findings built the bases for new therapeutic strategies. In this regards the development of auditory hallucinations “capture" brain-imaging studies (i.e. the identification of functional patterns associated with the occurrence of auditory hallucinations), was the main topic of this thesis.The first part of this work is devoted to the automatized detection of auditory-verbal hallucinations using functional MRI (fMRI). The identification of hallucinatory periods occurring during a fMRI session is now possible using a semi-automatized procedure based on an independent component analysis applied to resting fMRI data combined with a post-fMRI interview (i.e. the patient is asked to report auditory-verbal hallucinations immediately after acquisition). This “two-steps method” allows for the identification of hallucination periods (ON) and non-hallucination ones (OFF). However, the time-consuming nature of this a posteriori labelling procedure considerably limits its use. In these regards, we show how machine-learning, especially support vector machine (SVM), allows the automation of hallucinations capture. We present new results of accurate and generalizable classifiers which could be used in real-time because of their low computational-cost. We also highlight that algorithms able to identify the "pre-hallucinatory" period exhibit significant performances. Finally, we propose the use of an alternative learning-machine strategy, based on TV-Elastic-net, which achieves slightly better performances and more interpretable discriminative maps than SVM [...]

Zusammenfassung Einleitung: Die Kraniotomie mit umfassender Tumorresektion bleibt Therapie der Wahl zur Behandlung von Hirntumoren. Bei der geforderten Radikalität des therapeutischen Vorgehens kommt der präoperativen Lokalisationsdiagnostik eloquenter Hirnareale eine besondere Bedeutung zu. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, daß den präzisen Übertrag der Ergebnisse funktioneller MRT-Studien in die Therapie von Hirntumoren ermöglicht. Desweiteren wird das klinische Potential der fMRT untersucht. In einem hierarchischem System erfolgt die Beurteilung der klinischen Wirksamkeit der Methode zur präoperativen Lokalisationsdiagnostik eloquenter Hirnareale bei Patienten mit Hirntumoren. Methode: Bei 40 Patienten mit supratentoriellen Hirntumoren wurden insgesamt 144 präoperative funktionelle MRT-Studien durchgeführt. Die Bewertung der klinischen Wirksamkeit erfolgte in einem hierarchischem Modell unter Betrachtung der aufgeführten Dimensionen: 1. Ebene: Technische Wirksamkeit 2. Ebene: Wirksamkeit in Bezug auf die diagnostische Genauigkeit 3. Ebene: Wirksamkeit in Bezug auf das diagnostische Denken 4. Ebene: Therapeutische Wirksamkeit 5. Ebene: Wirksamkeit in Bezug auf das Patient-Outcome 6. Ebene: Wirksamkeit in Bezug auf die Gesellschaft Die Ergebnisse der funktionellen MRT-Untersuchungen wurden in ein neurochirurgisches Navigationssystem eingebracht. Intraoperativ besteht für den Operateur die Möglichkeit sich die Lagebeziehung zu den gekennzeichneten Arealen in das Okular des Operationsmikroskop einzuspielen. Ergebnisse: Das geschilderte Verfahren ermöglicht die navigierte Operation von Hirntumoren unter besonderer Berücksichtigung eloquenter- das heißt funktionstragender Hirnareale. Die beschriebene Methode zur Integration der fMRT weist ein hohe Praktikabilität auf. Wie diese Arbeit zeigen konnte, erbringt die fMRT als Methode auch bei Patienten mit Hirntumoren für die klinische Anwendung ausreichend zuverlässige Ergebnisse. Schlussfolgerung: 1. Mit dem geschilderten Verfahren gelingt die zuverlässige Integration von fMRT-Daten in die Therapie von Hirntumoren. 2. Die fMRT ist für den klinischen Einsatz zur präoperativen Lokalisation eloquenter Hirntumoren mit Einschränkungen geeignet. / Abstract Introduction: Craniotomy and maximal tumour resection remains the major therapy in patients with brain tumours. Preoperatively it is of great importance to identify eloquent brain areas. In this study we develop a method which allows the precise integration of functional MR-data into the therapy of brain tumours. Additionally we investigated the diagnostic potential of functional MRI in a clinical setting. We were assessing the effectiveness of functional MRI in patients with brain tumours in a hierarchical system. Methods: We performed 122 preoperative, functional MRI studies in 40 patients with supratentorial brain tumours. We evaluated the effectiveness in a hierarchic model. 1. level: technical effectiveness 2. level: diagnostic effectiveness 3. level: diagnostic effectiveness 4. level: therapeutical effectiveness 5. level: patient-outcome 6. level: society The acquired parametric maps were integrated into a neurosurgical navigation system. Intraoperatively the neurosurgeon can have the localisation of functional brain areas displayed within the optical system of the microscope. Conclusion: 1. The described approach allows image guided neurosurgery paying special attention to eloquent brain areas. The method is very practicable and reliable. 2. As we could demonstrate in our work, the functional MRI is sufficiently robust for clinical application

Introdução: A lateralização atípica de linguagem (LAL) é mais frequentemente observada em indivíduos com epilepsia no hemisfério esquerdo. Pacientes com epilepsia secundária a esclerose mesial temporal (EMT) apresentam alta frequência de LAL. A presença de EMTE, diretamente ou por efeitos à distância, perturbaria a determinação típica de lateralidade de linguagem (LL). Estudos de LL com RMf, em populações homogêneas de pacientes com EMT são escassos. Os padrões regionais de reorganização, nesta população, assim como os fatores clínicos e funcionais associados à LAL são pouco conhecidos. Os objetivos deste estudo foram (1) Validar paradigma de linguagem em RMf capaz de ativar áreas frontais e temporais de linguagem (2) Avaliar LL regional, em população homogênea de pacientes com EMT e verificar o papel de variáveis clínicas e da atividade epileptiforme na determinação de LAL. Foram avaliados 46 pacientes com EMT unilateral (24 EMTE e 22 EMTD) e 24 controles saudáveis, destros. Todos os participantes foram submetidos a RMf de linguagem com paradigma de nomeação responsiva à leitura (NRL) desenvolvido em língua portuguesa. O paradigma foi eficaz em ativar áreas de linguagem. A correlação entre IL-RMf e IL-Wada foi estatisticamente significativa no GFM (0,387; p < 0,01); GFI (0,594, p < 0,001); GTS (0,357, p < 0,05); GTM (0,509, p < 0,001) e GTI (0,489, p < 0,001). Os pacientes foram classificados em discordantes e concordantes (EEG/RM), após monitorização prolongada por vídeo-EEG. As classificações individuais de LL do teste de Wada e RMf foram concordantes em 84%(GFM), 86% (GFI), 74%(GTS), 83%(GTM) e 86%(GTI) dos casos. A frequência de LAL variou de 17 a 33%, para EMTE; 14 a 17%, para EMTD e de 0 a 10%, no grupo controle. Os grupos EMTEc e EMTEd apresentaram menores valores de IL-RMf, em relação ao grupo controle no GFM e GFI (p <= 0.05). Adicionalmente, o grupo EMTEd apresentou menor IL-RMf no GTM (p <= 0.01) e GTI (p <= 0.05). O grupo EMTDd apresentou menor IL-RMf no GFM; GFI; GTM e GTI (p <= 0.05). A ocorrência de mais de 5 descargas/hora no período interictal associou-se a LAL no GFM (p <= 0.01). Início da epilepsia, maior tempo de epilepsia e presença de IPI não foram associadas a LAL. Concluiu-se que a presença de EMT associou-se a LAL nas regiões frontais e temporais, sugerindo reorganização de linguagem envolvendo amplas regiões cerebrais, distantes da zona epileptogênica. O achado de LAL observada no grupo EMTDd sugere que a atividade epileptiforme temporal esquerda pode influenciar a reorganização de linguagem, independentemente da presença de lesão estrutural à esquerda. A maior frequência de descargas à esquerda associou-se a LAL / Atypical language lateralization (ALL) is associated with left hemisphere epilepsy, especially in epilepsy secondary to left mesial temporal sclerosis (MTS). Recent findings indicate that MTS, directly or by an at-distance effect may disrupt typical language lateralization (LL). Language-fMRI investigations in homogeneous MTS populations are scarce. Frontal and temporal language reorganization patterns in this population remain incompletely understood, as well as clinical factors associated with ALL. Our objectives were (1) To validate an fMRI paradigm effective to activate frontal and temporal language areas (2) To evaluate regional LL patterns in a homogeneous population of MTS patients and to investigate clinical factors associated with ALL. We studied forty-six right-handed patients (24 left MTS and 22 right MTS) and 24 controls. Patients and controls were similar in age and gender. Left and right MTS groups were comparable in terms of clinical variables. All participants underwent a language fMRI with reading response-naming paradigm (RRN) task developed in Brazilian Portuguese. The task effectively activated frontal and temporal language areas, with a high concordance with the Wada test. All patients were classified as concordant and discordant after video-EEG monitoring. Correlation between Wada test and fMRI LIs was significant in MFG (0.387; p < 0.01); IFG (0.594, p < 0.001); STG (0.357, p < 0.05); MTG (0.509, p < 0.001) e ITG (0.489, p < 0.001). Individual LI classifications with Wada test and fMRI were concordant in 84%(MFG), 86% (IFG), 74%(STG), 83%(MTG) e 86%(ITG). The frequency of ALL was 17-33%, in left MTS; 14-17%, in right MTS and 0-10%, in controls. Both concordant and discordant-left MTS patients presented lower LI than controls in MFG and IFG (p<=0.05). Additionally, discordant left MTS group presented lower LI in MTG (p<=0.01) and ITG (p<=0.05). Discordant right MTS group presented lower LI in MFG; IFG; MTG and ITG (p <= 0.05). Interictal left-sided spike frequency (< 5/h) was associated with lower LI (p <= 0.01) in MTG. In conclusion, MTS was associated with frontal and temporal language reorganization. Presence of ALL in discordant RMTS group suggests that left temporal epileptic activity may influence language reorganization, even in the absence of a left structural lesion. Higher left-sided spike frequency in MTS was associated with a left-right shift of speech representation

ContexteAu cours de la maladie de Parkinson, les agonistes dopaminergiques sont associés à la survenue de troubles du contrôle des impulsions (TCI). Leur physiopathologie est supposée liée à une dérégulation du circuit dopaminergique méso-limbique, impliqué dans l’intégration des conséquences d’une action afin d’adapter les comportements ultérieurs. Les agonistes dopaminergiques, par la stimulation tonique qu’ils entrainent, conduiraient à une surestimation des conséquences positives des actions antérieures et la poursuite de comportements aux conséquences néfastes.Nous avons exploré (i) la connectivité fonctionnelle striato-corticale en IRM fonctionnelle de repos, (ii) des marqueurs électro-encéphalographiques (EEG) d’intégration du feedback au cours d’une tache de pari : feedback-related negativity (FRN), feedback-related positivity (FRP) et oscillations dans la bande de fréquence thêta (4-7 Hz) chez 20 patients parkinsoniens avec TCI actif, 19 patients parkinsoniens sans TCI et 19 contrôles sains.IRM fonctionnelle : Le striatum ventral, le noyau caudé dorsal, le putamen antérieur et postérieur étaient segmentés semi-automatiquement. Pour chaque région d’intérêt, une analyse de connectivité fonctionnelle était réalisée sur les données d’IRM fonctionnelle projetées sur la surface corticale.Approche neurophysiologique : les sujets réalisaient une tâche composée de paris répétés, couplée à un enregistrement EEG. Le signal EEG était moyenné pour chaque condition et pour chaque sujet. L’amplitude de la FRP était mesurée en Cz et l’amplitude de la FRN en Fz sur la courbe de différence entre les potentiels évoqués par les pertes et les potentiels évoqués par les gains. Les spectres de puissance ont été calculés en utilisant une transformation en ondelettes sinusoïdales de Morlet et moyennés par condition. La puissance maximale du signal, dans la bande de fréquence thêta, entre 200 et 500 millisecondes après l’affichage du feedback était mesurée.Analyse de la connectivité striato-corticale : Chez les patients parkinsoniens, l’existence d’un TCI était associée à une déconnexion fonctionnelle entre le putamen antérieur gauche et les gyrus cingulaire antérieur et temporal inférieur gauche. Il existait chez ces patients une tendance à une déconnexion fonctionnelle entre (i) le putamen antérieur gauche et le gyrus frontal inférieur, (ii) le putamen postérieur et les gyrus temporal inférieur, frontal supérieur, cingulaire postérieur et frontal médial à gauche, ainsi que les gyrus frontal médial, cingulaire et frontal moyen à droite, (iii), le noyau caudé dorsal et le gyrus rectus, le gyrus frontal moyen et le gyrus temporal inférieur à gauche.Potentiels évoqués : Chez les patients parkinsoniens sans TCI et chez les contrôles, mais pas chez les patients parkinsoniens avec TCI, la FRP était plus ample après les gains qu’après les pertes suite à un choix peu risqué.Analyse temps-fréquence : En Cz, les gains étaient associés à une augmentation plus importante de la puissance thêta que les pertes chez les patients parkinsoniens sans TCI et chez les contrôles, mais pas chez les patients parkinsoniens avec TCI. Il existait une augmentation de la puissance thêta après un résultat ample inattendu (boost), en Fz chez les contrôles et en FCz chez les parkinsoniens avec TCI, mais pas chez les patients parkinsoniens sans TCI.Il existe chez les patients parkinsoniens ayant un TCI une altération de marqueurs EEG d’intégration de la récompense compatible avec une moins bonne discrimination des gains et des pertes et une plus grande sensibilité aux résultats amples, inattendus (boost), supposés entrainer une activation importante des voies dopaminergiques méso-limbiques. Il semble donc bien exister, chez les patients ayant un TCI une dysfonction des mécanismes d’intégration du feedback. Cette dysfonction s’associe, au repos, à une altération de la connectivité striato-corticale qui va au-delà du seul système limbique. / BackgroundIn Parkinson’s disease, dopamine agonists are associated with an increased risk of impulse control disorders (ICD). Their occurrence is supposed to be related with a deregulation of the dopaminergic meso-limbic pathway, involved in the processing of the consequences of previous action to adapt future behaviors. Dopamine agonists, through a tonic stimulation of the dopamine receptors would lead to an overestimation of the positive consequences of actions, and therefore, continuation of a harmful behavior.Method:We investigated (i) the resting-state striato-cortical functional connectivity using functional MRI, and (ii) electro-encephalographic (EEG) markers of feedback processing during a gambling task : the feedback related negativity (FRN), the feedback related positivity, (FRP), and the theta band oscillations (4-7 Hz) in 20 Parkinson’s disease patients with an active ICD, 19 Parkinson’s disease patients without ICD, and 19 healthy subjects.Functional MRI: The ventral striatum, dorsal caudate, and anterior and posterior putamen were semi-automatically segmented. For each region of interest, a seed-based connectivity analysis was performed on preprocessed fMRI data mapped on the ipsilateral cortical surface.Neurophysiological approach: The subjects underwent an EEG while performing a gambling task. The EEG was averaged for each condition and each subject. The FRP amplitude was measured in Cz, and the FRN amplitude was measured in Fz on the difference wave between the potential evoked by losses and by gains. The power spectra were computed by using a sinusoidal Morlet wavelet transform and averaged by condition. The maximum power in the theta frequency band was computed for each participant and each condition.Results:Cortico-striatal connectivity analysis: The presence of an ICD in patients with PD was associated with functional disconnection between the left anterior putamen and both the left inferior temporal and anterior cingulate gyrus. ICD patients also displayed a trend toward a functional disconnection between (i) the left anterior putamen and the inferior frontal gyrus, (ii) the posterior putamen and the inferior temporal gyrus, superior frontal gyrus, posterior cingulate, and medial frontal gyrus on the left, as well as the medial frontal gyrus, middle frontal gyrus, and cingulate gyrus on the right, (iii) the dorsal caudate and the gyrus rectus and orbitofrontal cortex, and the middle frontal and inferior temporal gyrus on the left.Evoked potentials: In Parkinson’s disease patients without ICD and healthy controls, the FRP was greater after gains that after losses following a non-risky choice. There was no difference in FRP amplitude after losses and gains in Parkinson’s disease patients with ICD.Time-frequency analysis: At Cz, positive outcomes (gains) were associated with greater theta power than negative outcomes (losses) in Parkinson’s disease patients without ICD and in healthy controls, but not in Parkinson’s disease patients with ICD. There was an increase in theta power after unexpectedly high outcomes, at Fz in healthy controls and in FCz in Parkinson’s disease patients with ICD, whereas theta power was not modulated by the magnitude of the outcome in PD patients without ICDs.Conclusions:Parkinson’s disease patients with ICD have an alteration in EEG markers of reward in line with an altered discrimination of gains and losses and a greater sensitivity to unexpectedly high outcomes, supposed to lead to a significant activation in the dopaminergic meso-limbic pathways. These findings are in line with a dysfunction in reward processing in ICD in Parkinson’s disease. This dysfunction is associated, at rest, with an alteration in striato-cortical connectivity that goes beyond a pure dopaminergic meso-limbic dysfunction.

La mémoire épisodique lie différents éléments dans un contexte spatial et temporel particulier. Il a été proposé que lors de la récupération d‟un épisode, la ré-instanciation d‟une cohérence entre les éléments néocorticaux soit opérée grâce à une représentation spatiale allocentrée stockée au niveau de la structure hippocampique (i.e., codage de la position des objets entre eux, indépendamment de la position de l‟individu, Burgess, Becker, King, & O'Keefe, 2001; Nadel & Moscovitch, 1998). Ce travail de thèse propose de traiter la mémoire épisodique et le sentiment de projection dans son passé (i.e., conscience autonoétique) comme une qualité attribuée à une dextérité relative dans le traitement spatial égocentré mis à jour (i.e., la position, orientation et le déplacement de son corps dans l‟environnement). Le rôle des traitements spatiaux allocentrés et égocentrés mis à jour dans la mémoire épisodique a été évalué expérimentalement. Les résultats suggèrent l‟existence d‟un lien causal entre le traitement de la mise à jour égocentré et les performances de mémoire épisodique. De plus, les études ont mis en évidence l‟existence de spécificités cérébrales et comportementales de la mise à jour égocentrée confirmant l‟adéquation de ce traitement au modèle théorique proposé. Par ailleurs, en référence à cette dissociation entre l‟information égocentrée mis à jour et allocentrée, des études neuropsychologiques ont révélé la présence de déficits de la mise à jour égocentrée, et d‟une préservation allocentrée dans l‟amnésie bihippocampique qu‟elle soit acquise ou développementale. Enfin, l‟évaluation des conséquences cérébrales lors de la récupération épisodique d‟un encodage maximisant le traitement égocentré mis à jour a permis de révéler une implication spécifique des structures temporo-pariétales. Ce travail de thèse a été organisé autour d‟un modèle théorique original du fonctionnement de la mémoire épisodique proposant de nouvelles prédictions expérimentales. Les approches comportementale, neuropsychologique et en imagerie fonctionnelle soulèvent à leur tour de nouvelles pistes de recherche sur le lien entre conscience de son corps et mémoire épisodique. / Episodic memory binds various elements in a specific spatial and temporal context. During retrieval, disparate neocortical elements can be re-associated into a coherent episode due to an allocentric spatial context maintained within the hippocampal formation (ie, coding for object-to-object relations, independently of the individual‟s position, Burgess, Becker, King, & O‟Keefe, 2001, Nadel & Moscovitch, 1998). Phenomenological experience is characteristic of episodic memory. In this thesis, it is described as an individual‟s attribution to a fluency in processing egocentric-updating spatial information (i.e., the position, orientation and movement of one‟s body) during retrieval. The function of egocentric-updating and of allocentric spatial processing in episodic memory was assessed experimentally. Results demonstrate the presence of a causal link between egocentric-updating and episodic memory performance. Moreover, experiments showed cerebral and behavioural specificities of egocentric-updating spatial processing supporting its involvement in episodic memory. Additionally, in line with this distinction between allocentric and egocentric-updating spatial processing, neuropsychological experiments revealed deficits in egocentric-updating with a preservation of allocentric spatial processing in both acquired and developemental bi-hippocampal amnesia. Finally, the assessment of cerebral consequences of encoding an episode while maximizing egocentric-updating processes revealed a higher involvement of temporo-parietal regions during the subsequent episodic retrieval. This thesis work was structured over an original theoretical model on episodic memory functioning allowing new experimental predictions. Combining behavioural, neuropsychological and neuroimaging approaches raised in turn new questions concerning links between episodic memory and self-consciousness.