L’imagerie mentale consiste en un processus mental dynamique par lequel un sujet humainrevit intérieurement des sensations avec ou sans stimuli externes. Cette opération cognitivepeut être appliquée dans différentes modalités ;les termes d’imagerie motrice sont utiliséslorsqu’elle est concerne le mouvement. Les études en imagerie fonctionnelle cérébrale sesont multipliées considérablement ces deux dernières décennies et ont permis d’analyser lescorrélats neuronaux du mouvement réalisé et imaginé, mettant en exergue des réseauxneuronaux identiques lors de l’imagerie motrice et de l’exécution réelle mais aussi des airesspécifiques à chaque modalité.L’objectif de nos recherches était d’étudier l’influence de facteurs intrinsèques aumouvement imaginé sur les activations cortico-sous-corticales. Dans un premier temps,nous avons comparé ces activations lors du mouvement imaginé et lors du mouvementexécuté avec deux méthodes d’analyses distinctes :GLM (General Linear Model) et TICA(Tensorial Independent Component Analysis). Dans un deuxième temps, nous avonsanalysé l’influence de la vitesse sur le mouvement imaginé et sur le mouvement exécuté enétudiant les activations cortico-sous-corticales lors d’une séquence motrice identiqueimaginée et exécutée à vitesse rapide et à vitesse lente. Dans un troisième temps, nousavons étudié l’influence de l’apprentissage sur le mouvement imaginé an analysant lesréseaux neuronaux moteurs et cognitifs impliqués lors d’un apprentissage moteur parimagerie mentale.Nos résultats ont montré que la méthode TICA permet une analyse plus précise des réseaux etsous-réseaux liés à la tâche et impliqués dans l’imagination et l’exécution d’une mêmeséquence motrice que la méthode GLM. Nous avons pu confirmer que ces deux tâchesrecrutent un réseau fronto-pariéto-insulo-temporo-cérébelleux commun impliqué dans lapréparation, le contrôle et la simulation motrice ;incluant le système miroir. Par ailleurs, nousavons mis en évidence un réseau bilatéral plus étendu au niveau des cortex fronto-polaire,préfrontal, insulaire médial, précunéal et néocérébelleux lors de l’imagerie motrice alors quel’exécution motrice montrait une activation spécifique du cortex sensorimoteur ainsi qu’unsous-réseau cérébello-thalamo-corticomoteur probablement impliqué dans l’initiation et lacorrection motrice. Les résultats de notre second travail ont montré que le taux demouvements active spécifiquement et différentiellement certaines aires corticales associatives,striatales et cérébelleuses. L’exécution de mouvements lents et l’imagination de mouvementslents et rapides ont révélé des activations communes au niveau des cortex frontopolaire,orbitofrontal et préfrontal dorsolatéral, suggérant que l’exécution de mouvements lentspartage avec l’imagerie motrice l’exigence de requérir des ressources exécutives importantestelles que l’attention, la mémoire de travail et la représentation mentale afin d’assurer uncontrôle fin, conscient et complexe nécessaire à ce type de tâche. L’exécution demouvements rapides a permis de mettre en évidence un contrôle plus automatique, relayé parle biais d’une boucle (pré)-motrice-cortico-cérébelleuse impliquant le vermis antérieur et,d’une manière moins étendue, les lobules cérébelleux VI/VII/VIII. Nous suggérons donc quele vermis antérieur contribue aux aspects computationnels de la commande rapide alors que lelobe supérieur plus latéral et le lobule VIII régule le séquençage et la régulation des patternsdes sous-mouvements.Les résultats de notre troisième travail ont montré qu’un entraînement par pratique mentaleentraîne des améliorations des performances motrices associées à une réorganisation corticosous-corticale. Nos observations ont permis de mettre en évidence le recrutement du putamenen phase avancée de l’apprentissage par pratique mentale tel que retrouvé dans les modèlesd’apprentissage moteur classiques. De plus, des activations néocérébelleuses etparacingulaires ont été notées après l’apprentissage, soulignant une réorganisation corticalefonctionnelle au niveau du réseau attentionnel, plus spécifiquement au niveau du réseau decontrôle exécutif qui assure des ressources cognitives supplémentaires et transitoiresnécessaires à l’exécution et l’encodage de nouvelles tâches.En conclusion, nos travaux ont permis d’analyser les effets de certains facteurs intrinsèquesau mouvement sur les activations cortico-sous-corticales lors de l’imagerie mentale et decomparer ceux-ci au mouvement réel. La vitesse de mouvement ainsi que le niveaud’apprentissage sont deux paramètres qui influent sur les réseaux neuronaux mis en jeu par lesdeux modalités de mouvement, réel et imaginé, laissant entrevoir des possibilités multiples entermes d’apprentissage moteur dans des disciplines diverses telles que la neurologie, lamédecine physique ou la pratique sportive. / Doctorat en Sciences de la motricité / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'effet d'apprentissages à court et long terme sur le système visuel. Nous avons d'abord montré grâce à des enregistrements Éléctroencéphalographiques que l'apprentissage d'une séquence de stimuli visuels induisait une activité cérébrale spontanée et sélective au prochain stimulus devant apparaitre et que cette activité sélective s'exprimait dans les bandes alpha et beta de l'activité électrique cérébrale. Par la suite nous avons montré grâce à de l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle que lors d'apprentissages longs (trois semaines) les représentations neurales de catégories visuelles associées étaient modulées et devenaient plus similaires après l'apprentissage. Les travaux présentés dans cette thèse ont donc permis de mieux caractériser l'impact d'apprentissages à différentes échelles de temps sur les représentations neurales d'objets visuels. / The work presented in this thesis deals with the effect of short- and long-term learning on the visual system. We first demonstrated through electroencephalographic recordings that learning a sequence of visual stimuli induced spontaneous and selective cerebral activity to the next-to-appear stimulus and that this selective activity was expressed in the alpha and beta bands of cerebral electrical activity. Subsequently, we showed through functional magnetic resonance imaging that during long learning (three weeks) the neural representations of associated visual categories were modulated and became more similar due to learning. The work presented in this thesis has thus made it possible to better characterize the impact of learning at different time scales on the neural representations of visual objects.

Comment les agents anesthésiques induisent-ils une perte de conscience lors de l’anesthésie générale? La dissection des mécanismes neuronaux de l’anesthésie générale représente un défi important en neurosciences. L’émergence de l’IRM fonctionnelle (IRMf) chez le primate non-humain donne l’occasion d’étudier l’activité neuronale à l’état éveillé et sous anesthésie en s’affranchissant des contraintes cliniques. Le développement récent de paradigmes auditifs, tel que le paradigme ‘local-global’, qui explore spécifiquement les réseaux cérébraux impliqués dans l’état conscient, nous a permis d’émettre l’hypothèse que la combinaison de l’IRMf chez le primate, de paradigmes auditifs et de protocoles d’anesthésie contrôlés par l’électroencéphalogramme (EEG), pourraient aider à disséquer les mécanismes neuronaux de l’anesthésie générale.Dans une première étape, étant donnée l’utilisation extensive de l’IRM dans notre travail, il était important d’étudier systématiquement l’effet des agents anesthésiques sur l’oxygénation vasculaire cérébrale, paramètre critique pour le signal IRMf. Nous avons donc réalisé une expérience préliminaire, faisant appel à l’IRM à ultra-haut champ magnétique chez le rongeur, afin de détecter les éventuels modifications du signal T2* induits par chacun des agents anesthésiques. Nous avons pu démontrer que le propofol et la kétamine, deux agents anesthésiques utilisés en clinique, affectaient moins l’oxygénation sanguine cérébrale que les anesthésiques volatils.Dans une deuxième étape, nous avons développé une « boîte à outils » pour l’IRMf chez le primate éveillé et anesthésié, et avons validé notre dispositif expérimental avec un paradigme auditif basé sur des sons simples (basse et haute fréquence).Dans une troisième étape, nous avons testé le paradigme auditif ‘local-global’ chez le macaque éveillé et avons pu démontrer que le cerveau du macaque est capable d’un codage prédictif hiérarchique à travers un espace de travail global, composé d’un réseau fronto-pariéto-cingulaire, montrant une forte homologie avec celui de l’Homme.Dans une quatrième étape, nous avons testé le paradigme auditif ‘local-global’, chez le macaque anesthésié et avons pu démontrer une désorganisation progressive de l’espace de travail global neuronal sous anesthésie. Cette désorganisation a été proportionnelle au niveau de sédation sous propofol, et complète sous sédation profonde à la kétamine. Ces résultats sont compatibles avec l’hypothèse selon laquelle le mécanisme de la perte de conscience sous anesthésie, est lié à une désorganisation de l’organisation fonctionnelle hiérarchique de l’espace de travail neuronal. Le cortex pariétal apparaît comme une cible commune aux deux agents anesthésiques.Dans la dernière étape, nous avons étudié le réseau cérébral par défaut (« default mode network ») chez le macaque éveillé et anesthésié. Nous avons pu démontrer que sous anesthésie, le cerveau présentait encore des patrons de connectivité distincts et riches, mais que ces patrons étaient fortement liés à l’organisation anatomique sous-jacente, alors que, à l’état éveillé cette organisation se caractérisait par un haut degré de flexibilité temporelle ce qui permet une exploration non-stéréotypée d’une plus grande variété d’états cérébraux.En conclusion, les agents anesthésiques entraînent une désorganisation de l’espace de travail global neuronal, avec pour conséquence l’altération des dynamiques temporelles de l’activité cérébrale spontanée, induisant ainsi une suppression de la conscience. / How can anesthetics induce a loss of consciousness during general anesthesia? A major challenge in neuroscience is to dissect the mechanisms of general anesthesia, which is quite difficult to achieve in the clinical conditions. The dawning of monkey functional MRI (fMRI) in neuroscience is an important opportunity to investigate neuronal activity in awake and anesthetized conditions. The recent development of auditory paradigms, such as the ‘local-global’ paradigm, that specifically explore brain networks thought to be specific of the conscious state led us to hypothesize that the combination of primate fMRI, auditory paradigms and single-drug anesthetic protocols with electroencephalography (EEG) control would help dissect the neuronal mechanisms of general anesthesia. In a first step, because we planned an extensive use of fMRI in our work, it was key to screen anesthetic agents for their effects on brain vascular oxygenation, a critical parameter for fMRI signal. Thus we did a preliminary experiment using ultra-high field MRI in rodents to assess subtle changes of the T2* signal under different anesthetic conditions and could demonstrate that propofol and ketamine, both clinical anesthetics, affects less brain blood oxygenation than volatile agents. In a second step, we developed a toolbox for awake and anesthetized monkey fMRI and validated the experimental set-up with a simple sound paradigm (low and high frequency sounds). In the third step, we tested the ‘local-global’ auditory paradigm in awake monkeys and could demonstrate that the macaque brain was capable of hierarchical predictive coding through a hypothetical macaque Global Neuronal Workspace made of frontal, parietal and cingulate cortices, in a striking homology with humans. In the fourth step, we tested the ‘local-global’ auditory paradigm in anesthetized monkeys and could demonstrate a progressive disorganization of the macaque GNW under anesthesia when increasing the levels of propofol sedation, and a complete suppression of the macaque GNW under deep ketamine sedation. These results are compatible with the hypothesis that the mechanism of loss of consciousness under anesthesia is related to the disorganization of a hierarchical GNW, with the parietal cortex as a common target among anesthetics. In the final step we studied the default network by acquiring resting state in awake and anesthetized monkeys and could demonstrate that under anesthesia, the brain still exhibits distinct and rich connectivity patterns, but these patterns become strongly related to the underlying white-matter structural map in a monotonic manner, while the awake state is characterized by a high degree of temporal flexibility which allows for a non-stereotyped exploration of a greater variety of brain states. In conclusion, by disorganizing the GNW, anesthetics alter the temporal dynamics of spontaneous brain activity, and specifically its departure from mere random fluctuations along established anatomical routes, leading to consciousness suppression.

De récentes études ont montré que l'activité spontanée du cerveau observée au repos permet d'étudier l'organisation fonctionnelle cérébrale en complément de l'information fournie par les protocoles de tâches. A partir de ces signaux, nous allons extraire un atlas fonctionnel du cerveau modélisant la variabilité inter-sujet. La nouveauté de notre approche réside dans l'intégration d'a-prioris neuroscientifiques et de la variabilité inter-sujet directement dans un modèles probabiliste de l'activité de repos. Ces modèles seront appliqués sur de larges jeux de données. Cette variabilité, ignorée jusqu'à présent, cont nous permettre d'extraire des atlas flous, donc limités en terme de résolution. Des challenges à la fois numériques et algorithmiques sont à relever de par la taille des jeux de données étudiés et la complexité de la modélisation considérée. / Recent studies have shown that resting-state spontaneous brain activity unveils intrinsic cerebral functioning and complete information brought by prototype task study. From these signals, we will set up a functional atlas of the brain, along with an across-subject variability model. The novelty of our approach lies in the integration of neuroscientific priors and inter-individual variability in a probabilistic description of the rest activity. These models will be applied to large datasets. This variability, ignored until now, may lead to learning of fuzzy atlases, thus limited in term of resolution. This program yields both numerical and algorithmic challenges because of the data volume but also because of the complexity of modelisation.

Ce travail de thèse a pour objectif de préciser le rôle du cortex operculo-insulaire dans la somesthésie et la douleur chez l'Homme à l'aide d'études réalisées par stimulations électriques intracérébrales et en IRM fonctionnelle (IRMf). Deux secteurs fonctionnels distincts ont été mis en évidence; d'une part l'insula dont 60% des stimulations induisent des réponses somato-sensitives dont 10% sont douloureuses, où il existe une localisation préférentiellement postérieure des sites de stimulation donnant lieu à une réponse douloureuse et un décrément antéro-postérieur du seuil de déclenchement d'une réponse douloureuse, dont les champs récepteurs couvrent de larges surfaces cutanées, et où les réponses douloureuses ont une organisation somatotopique grossière ; d'autre part l'aire SII dont la stimulation induit quasi exclusivement des réponses somato-sensitives dont 10% sont douloureuses, sur des surfaces cutanées plus restreintes. SII et l'insula postérieure sont les deux seules régions corticales dont la stimulation est capable d'induire une sensation douloureuse. Une ségrégation fonctionnelle au sein de SII et de l'insula a été montrée en IRMf, par l'existence de patterns spécifiques d'activation pour chaque modalité sensitive, comprenant des sous- régions dont l'activation semble spécifique de la sensation douloureuse. Ceci confère à ces régions une originalité toute particulière au sein de la matrice douleur, puisqu'il semble qu'elles seules puissent activer le réseau fonctionnel des aires impliquées dans la sensation douloureuse et ainsi permettre 'l'expérience' de la douleur / This work aims at assessing the role of operculo-insular cortex in somesthesia and pain in Humans, using intracerebral electrical stimulations and fMRI. Two distinct functional zones were highlighted; the insular cortex on one hand, in which 60% of stimulations induced somato-sensory responses (10% painful), with a clear antero-posterior gradient in terms of localization and pain stimulation threshold, and where receptive fields were large and pain evoked sensations showed a rough somatotopic organization. The inner part of the parietal operculum (second somatosensory area SII) on the other hand, where electrical stimulation induced almost exclusively somato-sensory sensations, of which 10% were painful, in more restricted cutaneous territories. SII and posterior insula are the only cortical regions where electrical stimulation can elicit painful sensation. Functional segregation in SII and insula was found using fMRI, showing that specific patterns of activation do exist, depending on the type of somato-sensory stimulations, including sub-regions specifically activated during pain stimulation. These characteristics confer to these regions a crucial and special role, which consists in triggering the building of pain 'experience' by the pain matrix

Malgré le développement de nouvelles générations d’antipsychotiques, certains symptômes schizophréniques ne répondent pas à ces traitements. S’appuyant sur des hypothèses physiopathologiques sous tendant ces symptômes, de nouvelles thérapeutiques comme la thérapie de remédiation cognitive et les techniques de neurostimulation externe ont été développées. Cette approche était restée essentiellement clinique. Dans ce travail, l’étude en imagerie des mécanismes biologiques sous tendant les effets bénéfiques de ces thérapeutiques non pharmacologiques nous a permis de tester des hypothèses physiopathologiques. L’IRM fonctionnelle (IRMf) et la spectroscopie par résonance magnétique (SRM) ont été utilisées pour rechercher les effets d’une thérapie de remédiation cognitive (TRC), de la stimulation magnétique transcrânienne (TMS) et de la stimulation électrique transcrânienne en courant continu (tDCS). Nous avons mis en évidence (1) que la TRC modifie les activations cérébrales durant une tâche de mémoire de travail chez des patients schizophrènes (2) que la TMS modifie la biochimie cérébrale de la zone stimulée et de régions cérébrales profondes chez un patient schizophrène, (3) que la tDCS modifie les réseaux de connectivité fonctionnelle d’une tâche de repos chez des volontaires sains / Despite the development of new generation antipsychotic drugs, some symptoms of schizophrenia do not respond to these treatments. Based on the pathophysiological hypothesis underlying these symptoms, new therapies such as cognitive remediation therapy and neurostimulation techniques have been developed. This approach remained essentially clinical. In this work, the study of biological mechanisms tending benefits of these non-pharmacological treatment has allowed us to test these pathophysiological hypotheses. Functional MRI (fMRI) and magnetic resonance spectroscopy (MRS) were used to investigate the effects of cognitive remediation therapy (CRT), transcranial magnetic stimulation (TMS) and transcranial direct current stimulation (tDCS). We demonstrated (1) that CRT modifies cerebral activations during a working memory task in patients with schizophrenia, (2) that TMS modifies brain biochemistry of the stimulated area and of deep brain regions in a patient with schizophrenia and (3) that tDCS modifies the functional connectivity in resting state networks of healthy volunteers

Dans ce mémoire, nous décrivons le travail effectué pour étendre nos connaissances sur les sources d’instabilité instrumentales en imagerie de résonance magnétique, en particulier dans le domaine anatomique par une étude où cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate-forme IRM, deux fois avant et deux fois après une mise à niveau importante d’un scanner 3T de Siemens. Les volumes de l’hippocampe droit et gauche de chaque sujet ont été mesurés avec une segmentation manuelle. Nous avons analysé la fiabilité test-retest avant et après la mise à niveau du système d’IRM. Dans le domaine fonctionnel, cinq adultes ont été scannés quatre fois dans la même plate forme IRM deux fois avant et deux fois après la même mise à niveau du scanneur. Les acquisitions du signal BOLD sont faites dans deux différentes résolutions spatiales (2x2x2mm et 4x4x4mm) pour évaluer la sensibilité du signal BOLD sous conditions de haute et basse SNR. Une dernière étude fonctionnelle sur fantôme avait pour but d’étudier la stabilité de la machine pour les images fonctionnelles et détecter les sources de bruit de type machine. La séquence EPI (Echo Planar Imaging) d’écho de gradient à deux dimensions a été utilisée. Des analyses comme le pourcentage des fluctuations et l’analyse de Fourier des résidus ont également été réalisées. Nous résultats indiquent que les différences dans le matériel provenant d’une importante mise à niveau ne peuvent pas compromettre la validité des études structurelles et fonctionnelles faites à travers la mise à niveau du scanneur. Les acquisitions quotidiennes ont permis de suivre l’évolution de la stabilité et de détecter toute source de bruit qui peut détériorer la détection des activations dans les images fonctionnelles. / In this thesis, we describe work we carried out to extend our knowledge on instrumental sources of MRI variability, in both anatomical and functional imaging. The anatomical study involved five adults scanned four times in the same platform MRI twice before and twice after a major update of a 3T Siemens scanner. The volumes of left and right hippocampus of each subject were measured with a manual segmentation. We then analyzed the test-retest reliability before and after updating the MRI system. In the functional study, five adults were scanned four times on the same MRI system twice before and twice after a major hardware update. Blood oxygenation level- dependent (BOLD) acquisitions were made at two different spatial resolutions (2x2x2mm and 4x4x4mm) to assess the reproducibility of BOLD measurements under conditions of high and low SNR. A final functional study using a gel phantom was used to study the stability of the machine for functional images and isolate the sources of noise arising from hardware. Two-dimensional gradient-echo EPI (Echo Planar Imaging) signals were analyzed to assess the percentage variability and Fourier analysis of residual error performed. Our results indicate that the differences in hardware from a major upgrade do not significantly affect the reliability of structural and functional studies spanning a major hardware upgrade. Daily quality assurance acquisitions on phantoms can be used to monitor the stability of the machine, which may aid in the early detection of hardware faults.

Dans le but de mieux comprendre le rôle et le fonctionnement des régions cérébrales impliquées dans le traitement et la modulation de la perception douloureuse, la première partie de cette thèse s’intéresse à l’évaluation en IRMf des modifications de la réponse cérébrale à la douleur grâce à deux modulations de la perception douloureuse. La première s’intéresse à l’effet d’un contexte émotionnel négatif sur la perception douloureuse afin de dissocier des aires cérébrales répondant à la douleur, les réponses liées à la composante émotionnelle. La deuxième s’intéresse à l’effet d’une manipulation de l’appréciation de la durée d’une stimulation douloureuse sur la perception de la douleur. L’utilisation d’une illusion permet, pour une intensité de stimulation thermique donnée, de modifier la perception douloureuse et d’évaluer les zones cérébrales impliquées dans ce type de modulation. Nous avons modulé la douleur perçue et pu observer que l’émotion met en jeu la partie prégénuale du cortex cingulaire antérieur, tandis que l’illusion d’une durée raccourcie met en jeu un réseau occipito-pariétal attentionnel. La seconde partie de cette thèse s’intéresse à la caractérisation du décours temporel de la réponse hémodynamique dans deux régions importantes pour le traitement de l’information douloureuse qui sont l’insula et le cortex cingulaire. La douleur est caractérisée par une latence de la réponse plus courte, par rapport à une stimulation non-douloureuse, dans l’insula antérieure et le cortex cingulaire moyen, tandis qu’il est possible de différencier une stimulation douloureuse d’une stimulation non-douloureuse grâce à l’amplitude de la réponse dans l’insula postérieure. / Pain is a complex and multidimensional experience that can be modulated by many factors. In order to better understand the respective role and function of the brain regions involved in the processing and the modulation of pain perception, the first part of this thesis focuses on the evaluation with functional magnetic resonance imaging (fMRI) of changes in the brain response to pain through two modulations of pain perception. The first study examines the effect of a negative emotional context on pain perception in order to dissociate the brain areas responding to pain from that related to the emotional context. The second study focuses on the effect of the manipulation of perceived duration of a painful stimulation on the perception of pain. The use of this illusion allows us to change the perceived intensity of pain and to assess the brain areas involved in this type of modulation at given intensity of thermal stimulation. We succeeded to increase or decrease perceived pain intensity and we observed that emotion involves pregenual part of the anterior cingulate cortex, while the illusion of a shortened duration involves an occipito-parietal attentional network. The second part of this thesis focuses on characterizing the time course of the hemodynamic response recorded with fMRI in two important areas processing pain that are the insula and the cingulate cortex. Painful sensation is characterized by a shortened latency of hemodynamic response compared to a non-painful sensation in the anterior insula and the midcingulate cortex, while it is possible to differentiate painful and non-painful sensation by the amplitude of the hemodynamic response in the posterior insula.

Le trouble bipolaire est un trouble de l’humeur chronique marqué par l'alternance de dépressions, d'épisodes maniaques et de rémissions. La neuroimagerie permet l'étude de l'anatomie et du fonctionnement cérébral des patients bipolaires. Des études existantes avaient ainsi retrouvé des anomalies dans les aires du traitement des émotions chez les patients bipolaires. L'IRM anatomique avait permis de mettre en évidence certaines modifications morphométriques des régions associées (amygdale, gyrus cingulaire, thalamus) ainsi que des hypersignaux de la substance blanche. En imagerie fonctionnelle, lors du traitement d'informations émotionnelles, les patients bipolaires présentaient une hyperactivation d'un réseau ventro-limbique et une hypoactivation d'un réseau dorsal cognitif. Nous avons tout d’abord utilisé l'IRM de diffusion pour étudier la connectivité anatomique dans le trouble bipolaire. Dans une première étude, nous avons reconstruit le faisceau uncine, reliant le réseau dorsal cognitif au réseau ventro-limbique, chez 16 patients bipolaires et 16 contrôles en utilisant les techniques de suivi de fibres dites de tractographie exploitant les données d'IRM de diffusion. Les patients bipolaires avaient plus de fibres reconstruites dans le faisceau uncine gauche. Dans le même échantillon, en étudiant l'anisotropie du processus de diffusion dans tout le cerveau, nous avons également identifié une augmentation diffuse de la connectivité anatomique chez les patients. Enfin, nous avons réalisé une étude multicentrique internationale d’IRM de diffusion incluant 118 patients 10 bipolaires et 86 contrôles. Nous avons alors montré une diminution significative de l'anisotropie le long du corps calleux, du cingulum gauche et du faisceau arqué gauche chez les patients. Les patients bipolaires avec caractéristiques psychotiques avaient une anisotropie du corps calleux plus basse que les patients sans caractéristiques psychotiques. Dans une seconde partie de notre travail, nous avons étudié l'interférence produite par une information émotionnelle sur un traitement cognitif chez les patients. Nous avons comparé 17 patients bipolaires euthymiques à 17 sujets contrôles en IRM fonctionnelle lors d'un paradigme de type go/no-go émotionnel. Notre étude apporte des arguments tendant à démontrer l'existence d'une altération de la modulation par une information émotionnelle d’un traitement cognitif chez les patients avec une hyperactivation d’un réseau fronto-cingulo-striatal. Enfin, nous avons réalisé une synthèse quantitative de la littérature s'intéressant à l'imagerie anatomique, fonctionnelle et de diffusion dans le trouble bipolaire. Nous avons retrouvé chez les patients une diminution d’activation dans les tâches émotionnelles et une diminution du volume de substance grise dans des régions frontales et dorsales, tandis que sont présentes des hyperactivations dans des régions limbiques. L'ensemble de ces résultats a permis de préciser le modèle neural du trouble bipolaire avec les anomalies les plus importantes au niveau des zones impliquées dans la régulation automatique des émotions. Nos travaux ont significativement contribué à faire envisager le trouble bipolaire comme lié à des anomalies de la connectivité préfronto-limbique. Ils ouvrent aussi des perspectives de travail pour progresser dans la compréhension de sa physiopathologie. En particulier, le suivi prospectif d'une cohorte de patients permettra d'évaluer l'influence de l'évolution de la maladie bipolaire sur la structure cérébrale. Les techniques récentes d'IRM de diffusion permettront de mieux comprendre la signification physiopathologique des anomalies identifiées. Enfin, la reconceptualisation dimensionnelle proposée par le DSM-5 et le NIMH permettra probablement d'identifier des dimensions plus pertinentes que les catégories diagnostiques actuelles. / [Summary made by the web site Reverso] The bipolar disorder is a confusion of the chronic humor marked by the alternation of depressions, manic episodes and forgiveness. The neuroimaging allows the study of the anatomy and the cerebral functioning of the bipolar patients. Existing studies had so found anomalies in the areas of the treatment of the feelings at the bipolar patients. The anatomical MRI had allowed to highlight certain morphométriques modifications of the regions associated (tonsil, gyrus cingulaire, thalamus) as well as hypersignals of the white material. In functional imaging, during the processing of emotional information, the bipolar patients presented a hyperactivation of a network ventro-limbique and a hypoactivation of a cognitive dorsal network. We used first of all the MRI of distribution to study the anatomical connectivity in the bipolar disorder. In a first study, we reconstructed the beam uncine, connecting(binding) the cognitive dorsal network with the ventro-limbique network, at 16 bipolar patients and 16 controls by using the techniques of follow-up of said fibers of tractographie exploiting the data of MRI of distribution. The bipolar patients had more fibers reconstructed in the beam left uncine. In the same sample, by studying the anisotropie of the process of distribution in all the brain, we also identified a diffuse increase of the anatomical connectivity at the patients. In the same sample, by studying the anisotropie of the process of distribution in all the brain, we also identified a diffuse increase of the anatomical connectivity at the patients. Finally, we realized a study international multicentrique of MRI of distribution including 118 bipolar patients 10 and 86 controls. We then showed a significant decrease of the anisotropie along the corpus callusum, along the left(awkward) cingulum and along the left hooked beam at the patients. The bipolar patients with psychotic characteristics had an anisotropie of the corpus callusum lower than the patients without psychotic characteristics. In a second part of our work, we studied the interference produced by an emotional information about a cognitive treatment at the patients. We compared 17 bipolar patients euthymiques on 17 subjects controls in functional MRI during one paradigm of type emotional go / no-go. Our study brings arguments tending to demonstrate the existence of a change of the modulation by an emotional information of a cognitive treatment at the patients with a hyperactivation of a fronto-cingulo-striatal network. Finally, we realized a quantitative synthesis of the literature being interested in the anatomical, functional imaging and of distribution in the bipolar disorder. We found at the patient's a decrease of activation in the emotional tasks and a decrease of the volume of grey matter in frontal and dorsal regions, whereas are present hyperactivations in limbiques regions. All these results allowed to specify the neural model of the bipolar disorder with the most important anomalies at the level of zones implied in the self-regulation of the feelings. Our works significantly contributed to make envisage the bipolar disorder as bound to anomalies of the préfronto-limbique connectivity. They also open working perspectives to progress in the understanding of its physiopathology. In particular, the forward-looking follow-up of patients' troop will allow to estimate the influence of the evolution of the bipolar disease on the intellectual structure. The recent techniques of MRI of distribution will allow to understand better the physiopathological meaning of the identified anomalies. Finally, the dimensional reconceptualisation proposed by the DSM-5 and the NIMH will probably allow to identify dimensions more relevant than the current diagnostic categories.

Les troubles émotionnels sont considérés comme fréquents dans la sclérose en plaque (SEP) et ont été généralement étudiés par la reconnaissance des émotions faciales. En revanche, l’expérience émotionnelle a été très peu analysée dans la SEP, et ses corrélats neuro-anatomiques jamais explorés. De plus, l’intrication des difficultés émotionnelles avec d’autres variables cliniques reste mal comprise, notamment l’alexithymie, qui est fréquente dans cette pathologie et qui est susceptible de modifier le traitement émotionnel.Le but de cette étude est de préciser les difficultés émotionnelles dans la SEP, dans ses composantes de reconnaissance et d’expérience émotionnelle positive et négative. II s’agit également d’explorer les corrélats neuro-fonctionnels de l’expérience émotionnelle dans la SEP en général, et chez des patientes atteintes de SEP alexithymique versus non alexithymique en particulier. Une première étude nous a permis de confirmer l’atteinte de la capacité à reconnaitre les émotions faciales dans un groupe de patientes SEP et ceci de façon plus marquée pour les émotions négatives. Cette étude a aussi mis en avant une expérience émotionnelle très variable chez nos patientes avec une intensification du vécu subjectif plaisant et déplaisant. A travers une deuxième étude en imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), nous avons montré que cette variabilité de l’expérience émotionnelle était sous-tendue par une grande hétérogénéité des réponses hémodynamiques de nos patientes au niveau de structures cérébrales connues pour leur implication dans la construction du ressenti subjectif plaisant et déplaisant. Des analyses complémentaires en imagerie de diffusion soutiennent l’idée que ces anomalies fonctionnelles soient liées à une atteinte structurelle notamment au niveau des boucles limbiques et des structures fronto-insulaires qui forment le réseau de saillance. Une troisième étude a mis en avant un effet spécifique de l’alexithymie dans les activations cérébrales fonctionnelles des émotions positives, notamment de l’insula, tandis que les émotions négatives semblent être influencées par la maladie et l’alexithymie comorbide. Les analyses en imagerie de diffusion s’avèrent, pour leur part, indépendantes du statut alexithymique. Ainsi les troubles émotionnels dans la SEP concernent tant la capacité à reconnaitre les émotions chez l’autre qu’une modification de leur propre expérience émotionnelle positive et négative. L’alexithymie, dont la comorbidité est fréquente dans la SEP, accentue la présence de tels troubles au même titre que le phénomène lésionnel inhérent à la SEP. Considérant l’implication que de tels troubles peuvent avoir pour les patients et leur entourage familial, social et professionnel, il semble important de prendre en compte ces aspects pour une meilleure prise en charge de cette pathologie. / Emotional disorders in multiple sclerosis (MS) are frequently described as difficulties in recognizing facial expression. Yet, emotional experience is insufficiently studied in MS, and its neurobiological correlates stays never explored. Moreover, interaction between emotional disorder and other variable remains little documented, especially for alexithymia, a very frequent trouble in MS which could also cause emotional disturbances. The scope of this work is to explore positive and negative emotions in MS, with a focus on the recognition and experience dimensions. Concerning the emotional experience, brain functional activation correlates are also explored in MS overall, and in alexithymics versus non alexithymics MS subjects especially. A first study confirmed the difficulty for MS patient in recognizing facial emotions, and those difficulties were more marked for negative emotions. This study also highlights a more scattered emotional experience in MS, with a global exacerbation of their pleasant as well as unpleasant emotional feeling. A second study with fMRI shows that this scattered emotional experience was sustained by more brain functional variability during the emotional task. It takes place in brain structures known for their implication for the subjective feeling construction. Further diffusion imaging analyses support the view of a brain dysconnexion in those functional anomalies centred on limbic loop and fronto-insula network, also called salience network. A third study highlights a specific contribution of alexithymia in brain activity for hedonics experience, centred on insula deactivations whereas anhedonics experience seems to be influenced by the diseases and comorbid alexithymia. Brain diffusion analyses were independent of the alexithymia status. Thus, MS patients show difficulties in identifying emotion and have modifications of their own pleasant and unpleasant emotional experience. The frequent comorbid alexithymia in MS exacerbates those troubles in the same way as the lesion phenomenon of MS. Considering the implications that emotional disorders may have for MS patients as well as their familial, social and professional entourage, it seems essential to take these aspects into account for a better management of MS.