La navigation repose en majeure partie sur la vision puisque ce sens nous permet de rassembler des informations spatiales de façon simultanée et de mettre à jour notre position par rapport à notre environnement. Pour plusieurs aveugles qui se fient à l’audition, le toucher, la proprioception, l’odorat et l’écholocation pour naviguer, sortir à l’extérieur de chez soi peut représenter un défi considérable. Les recherches sur le circuit neuronal de la navigation chez cette population en particulier s’avèrent donc primordiales pour mieux adapter les ressources aux handicapés visuels et réussir à les sortir de leur isolement. Les aveugles de naissance constituent aussi une population d’intérêt pour l’étude de la neuroplasticité. Comme leur cerveau s’est construit en absence d’intrant visuel, la plupart des structures reliées au sens de la vue sont réduites en volume par rapport à ceux de sujets voyants. De plus, leur cortex occipital, une région normalement dédiée à la vision, possède une activité supramétabolique au repos, ce qui peut représenter un territoire vierge pouvant être recruté par les autres modalités pour exécuter diverses tâches sensorielles. Plusieurs chercheurs ont déjà démontré l’implication de cette région dans des tâches sensorielles comme la discrimination tactile et la localisation auditive. D’autres changements plastiques de nature intramodale ont aussi été observés dans le circuit neuronal de la navigation chez ces aveugles. Par exemple, la partie postérieure de l’hippocampe, impliquée dans l’utilisation de cartes mentales, est réduite en volume alors que la section antérieure est élargie chez ces sujets. Bien que ces changements plastiques anatomiques aient bel et bien été observés chez les aveugles de naissance, il reste toutefois à les relier avec leur aspect fonctionnel. Le but de la présente étude était d’investiguer les corrélats neuronaux de la navigation chez l’aveugle de naissance tout en les reliant avec leurs habiletés spatio-cognitives. La première étude comportementale a permis d’identifier chez les aveugles congénitaux une difficulté d’apprentissage de routes tactiles construites dans des labyrinthes de petite échelle. La seconde étude, employant la technique d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle, a relié ces faiblesses au recrutement de régions cérébrales impliquées dans le traitement d’une perspective égocentrique, comme le lobule pariétal supérieur droit. Alors que des sujets voyants aux yeux bandés excellaient dans la tâche des labyrinthes, ces derniers recrutaient des structures impliquées dans un traitement allocentrique, comme l’hippocampe et le parahippocampe. Par ailleurs, la deuxième étude a confirmé le recrutement du cortex occipital dans une tâche de navigation chez les aveugles seulement. Ceci confirme l’implication de la plasticité intermodale dans des tâches cognitives de plus haut niveau, comme la navigation. / Navigation is predominately based on vision as it gathers spatial information simultaneously and allows a continuous update of our position relative to space. For many blind people who rely mainly on auditive, haptic, proprioceptive, olfactive and echolocating cues to navigate, leaving outside their home can be a challenge. Research on the navigational neural network in this particular population is therefore crucial to better adapt resources for visually impaired people and free them from isolation. Congenitally blind subjects are also an interesting population for the study of neuroplasticity. As their brain was built without any visual input, most structures related to vision are reduced in volume compared to those of seeing subjects. Moreover, their occipital cortex, a region normally dedicated to vision, has a suprametabolic activity at rest, which could represent a virgin territory that can be recruited by other modalities to accomplish various sensory tasks. Recently some researchers have demonstrated the involvement of this region in sensory tasks such as tactile discrimination and auditive localisation. Other intramodal plastic changes have also been observed in the blind’s navigational neural network. The posterior part of hippocampus, involved in cognitive mapping, is reduced in volume while the anterior section is enlarged in blind subjects. Although some anatomical plastic changes have been observed in congenitally blind’s brain navigational system, their functional aspect remains to be elucidated. The purpose of this study was to investigate the neural correlates of navigation in congenital blindness and to link them with the blinds’ spatio-cognitive skills. The first behavioral study identified route learning difficulties in congenitally blind participants when they were ask to navigate inside small-scaled tactile mazes. Using functional magnetic resonance imagery in the second study, these problems were associated with the recruitment of brain regions involved in an egocentric perspective processing, such as right superior parietal lobule. While blindfolded seeing subjects excelled in the maze task, they recruited structures involved in allocentric processing, such as hippocampus and parahippocampus. Moreover, the second study confirmed the recruitment of occipital cortex in a navigation task for blind subjects only. This strengthens the involvement of crossmodal plasticity in higher level cognitive tasks, such as navigation.

La désignation est le geste de montrer un objet à une autre personne. La structure de la désignation est similaire à celle du discours verbal : la première personne " je " communique avec la seconde personne " tu " à propos de l'objet " il ". A partir de la description neuropsychologique d'un trouble acquis de la désignation, l'hétérotopagnosie ou incapacité à désigner le corps d'autrui, nous jetons les bases d'un nouveau modèle de la désignation impliquant la notion de seconde personne " tu ". Nous proposons et validons l'hypothèse que toute désignation implique de se représenter le point de vue de l'interlocuteur " tu " grâce à un référentiel hétérocentré. De plus, chez les patients hétérotopagnosiques comme chez les volontaires sains, désigner le corps d'autrui est plus difficile que désigner les objets. Nous expliquons ce phénomène par le fait que seul le corps humain vivant peut être à la fois sujet de communication et objet de communication. Poursuivant notre investigation sur la notion de seconde personne, nous montrons chez une patiente et chez les sujets sains que le corps des femmes est également plus difficile à désigner que celui des hommes. Les femmes seraient plus facilement considérées comme des sujets que les hommes. Enfin, nous avons recherché comment l'humain percevait la désignation réalisée par autrui comme témoignant d'une intention de communication à propos d'un objet. L'engagement dans une relation avec la seconde personne " tu " est nécessaire à cette compréhension. Au total, cette thèse apporte les premiers éléments expérimentaux sur les mécanismes de la relation de communication avec la seconde personne " tu ".

Ce travail de recherche translationnelle a pour objectif de corréler les données de l'imagerie anatomique et fonctionnelle, aux facteurs pronostiques cliniques, biologiques, histologiques, moléculaires du cancer de prostate. Nos travaux ont permis de montrer que l'IRM prostatique permettait de détecter et de stratifier le risque de cancer de prostate dit "significatif", que l'IRM couplée aux biopsies prostatiques ciblées permettait d'identifier plus de cancers de prostate significatifs que les biopsies dites "systématiques", que l'IRM donnait des informations sur l'agressivité du cancer de prostate définie in situ par les marqueurs histologiques et moléculaires, que cette information était plus juste que celle obtenue par la stratégie diagnostique actuelle du dosage de PSA et des biopsies prostatiques qui sous estiment l'agressivité tumorale, qu'il existait cependant des formes de cancer dont l'agressivité ne pouvait être déterminée ni par l'imagerie, ni par l'analyse histologique standard mais seule par une analyse moléculaire. / This study represents a translational research with the objective to identify prognostic biomarkers in prostate cancer (PCa) by means of a radio-genomics strategy that integrates gene expression, biology, histology, and medical images. Our results show that; multiparametric MR imaging of the prostate provide clinically relevant stratification of the risk of showing prostate cancer ; that MRI/TRUS-fusion imaging protocol with limited targeted biopsies detected more men with clinically significant PCa, that we were able to confirm that functional MRI (diffusion) and morphologic MRI (Tmax) were well correlated with tumor aggressiveness as defined by Gleason score and genomic score, that the ADC values of suspicious areas on prostate MR imaging are strongly correlated with post-surgical Gleason score, that ADC values performed significantly better than TRUS biopsy Gleason scores for the prediction of prostate cancer aggressiveness as defined by prostatectomy Gleason score or by Ki-67 proliferation index.

Le syndrome de Kleine-Levin (KLS) est une pathologie neuropsychiatrique rare, intermittente, du sujet jeune, dont la cause est inconnue. Les épisodes durent plusieurs jours avec hypersomnie, apathie, déréalisation, troubles cognitifs et désinhibition comportementale. Entre les épisodes, les patients retrouveraient un sommeil et un fonctionnement normal. Existe-t-il des épisodes plus prolongés et des dysfonctionnements à long terme ? Pour répondre à ces questions, nous avons utilisé une approche clinique (entretiens, questionnaires), cognitive (évaluation neuropsychologique) et d'imagerie cérébrale fonctionnelle (scintigraphie) dans une étude contrôlée. Nos résultats montrent que près d'un tiers des patients ont des longues crises et sont plus anxieux, dépressifs et fatigués que les autres. Un quart à un tiers des patients ont des difficultés cognitives entre les crises. Des hypoperfusions persistent chez 41 patients, d'autant plus que la durée des épisodes est longue, que la dernière crise est récente et que la déréalisation en crise est sévère. L'émergence des symptômes est associée à l'hypoperfusion du cortex préfrontal dorso-médian et de la jonction temporo-pariétale, qui sont impliqués dans l'attention, l'intégration multi-sensorielle, les représentations mentales et la motivation. Bien que l'expression de la maladie soit intermittente, nos résultats suggèrent que les crises soient la partie émergée d'un " iceberg ", remettant en cause le caractère bénin de la maladie. / Kleine-Levin syndrome (KLS) is a rare neuropsychiatric disease which occurs in young subjects and for wich the etiopathology is still unknown. It is characterized by recurrent episodes during several days with hypersomnia, apathy, derealization, cognitive disorders and behavioral disinhibition. Those episodes alternate with long periods of normal sleep, cognition, mood, and behavior. Are there more prolonged episodes and long-term impairment? What are the mechanisms of derealization and apathy in the KLS? To answer these questions, we used a clinical approach (interviews, questionnaires), cognitive (neuropsychological assessment) and functional brain imaging (scintigraphy) in a controlled study. Our results show that nearly one third of the patients have long episodes (over a month) and are more anxious, depressed, sleepy and tired than the others. A quarter to a third of the patients has cognitive impairment between the episodes. Cortical and subcortical hypoperfusion persists in 41 patients, especially if the duration of the episodes is long, the last episode is recent and the derealization is severe. The emergence of symptoms is associated with the hypoperfusion in the dorsal medial prefrontal cortex and in the temporoparietal junction. Those brain regions are involved in treating the information related to attention, multisensory integration, mental representations and motivation.Although the clinical expression of this disease obeys a relapsing- remitting pattern, our results suggest that those episodes could be only the tip of the "iceberg", challenging the concept of a benign disorder.

L'objectif de cette thèse était d'explorer le potentiel de l’imagerie du cerveau humain par ultrasons. L'anatomie, le flux sanguin et la rigidité des tissus mous ont déjà été étudiés avec l'imagerie ultrasonore ultrarapide chez l'homme et validés sur plusieurs organes, tels que le sein et le foie, mais pas encore sur le cerveau adulte. La principale limitation de l'imagerie échographique transcrânienne est aujourd'hui le très fort artefact d'aberration induit par le crâne. En effet, l’os, de par sa composition ne permet pas la propagation des ultrasons comme ailleurs dans le corps humain. Dans cette thèse, nous avons utilisé l'imagerie ultrasonore ultrarapide pour l'évaluation de la rigidité des tissus mous et l'imagerie neurofonctionnelle dans le cerveau humain adulte, lors de chirurgies du cerveau afin de contourner dans un premier temps le problème des aberrations induites par le crâne. La dernière partie de cette thèse était axée sur la correction d’aberration pour l’échographie quantitative et l’imagerie ultrasonore transcrânienne. Nous avons tout d’abord fourni plusieurs preuves de l'intérêt d'utiliser l’élastographie par onde de cisaillement pendant la chirurgie du cerveau. Nous avons également présenté notre nouvelle technique d’élastographie par onde de cisaillement en 3D à l'aide d'une sonde matricielle dans le but de pouvoir dépasser les limitations du 2D et notamment être moins dépendant de l’opérateur.Dans un second volet, nous avons démontré la capacité des ultrasons ultrarapides à identifier, cartographier et différencier en profondeur les régions d'activation corticales en réponse à un stimulus, à la fois chez les patients éveillés et chez les patients anesthésiés. Nous avons démontré que l'imagerie neurofonctionnelle par ultrasons a le potentiel de devenir une modalité complète de neuroimagerie avec des avantages majeurs pour une utilisation peropératoire.Dans un troisième volet, nous avons utilisé une technique en trois étapes pour calculer précisément la vitesse du son (SSE) dans un milieu. Cette technique a été testée dans des fantômes ultrasonores et in vivo dans les foies de patients. Dans les deux cas, notre méthode a été capable de trouver la vitesse du son correspondant au milieu. Nous avons démontré que la SSE était liée à la fraction de graisse. Cette analyse a permis de conclure que la SSE était en mesure de distinguer un foie sain et d’un foie malade aussi bien avec la biopsie qu’avec l’IRM comme méthode de référence. Combiné à l'utilisation de la formule de Wood, nous avons même pu avoir accès à une fraction de graisse mesurée par ultrasons de manière non invasive. Puis nous avons combiné la correction d’aberration de phase, d'amplitude et de vitesse du son pour faire de l’imagerie transcrânienne en simulation numérique. Nous avons atteint notre objectif en obtenant des images représentant fidèlement le milieu (position latérale et profondeur) et caractérisées par une résolution et un contraste similaires à ceux obtenus avec une source ponctuelle dans le milieu / The objective of this thesis was to explore the potential of human brain ultrasound imaging. Anatomy, blood flow and soft tissue stiffness have already been studied with ultrafast ultrasound imaging in humans and validated in several organs, such as, the breast and liver but not yet on the adult brain. The main limitation of transcranial ultrasound imaging is today the very strong skull-induced aberration artefact. Indeed, the bone, due to its composition, does not allow for ultrasound propagation as elsewhere in the human body. Therefore, this thesis was focused on the development of ultrafast ultrasound imaging for the evaluation of soft tissue stiffness and neurofunctional imaging in the adult human brain, during brain surgery to bypass the problem of skull aberration, and on an aberration correction technique for transcranial ultrasound imaging.We first provided several evidence of the benefit of using shear wave elastography during brain surgery. We also presented our new technique for 3D shear wave elastography using a matrix array in order to be able to overcome the limitations of 2D imaging and in particular to reduce the operator dependence.In a second phase, we demonstrated the capability of ultrasound to identify, map and differentiate in depth cortical regions of activation in response to a stimulus, both in awake patients and in anaesthetized patients. We have demonstrated that ultrasound neurofunctional imaging has the potential to become a comprehensive modality of neuroimaging with major benefits for intraoperative use. In a third part, we developed a new sound speed estimation (SSE) technique, based on a three-step technique that estimates the sound speed accurately corresponding to the illuminated medium. This technique was tested in ultrasound phantoms and in vivo in patient’s liver. In both cases, our method was able to find the sound speed corresponding to the medium. We demonstrated that SSE was related to the fat fraction. This analysis led to the conclusion that SSE was able to distinguish a healthy liver from a diseased liver with both biopsy and MRI as gold standard. Combined with the use of the Wood’s formula, we were even able to access a fat fraction measured by non-invasive ultrasound. Finally, by combining the phase, the amplitude and the sound speed estimation, we have developed a new aberration correction algorithm to perform transcranial ultrasound imaging. By performing numerical simulations, we obtained images that faithfully represented the medium (lateral position and depth) and characterized by one resolution and one contrast similar to those obtained with a punctual source in the medium

Nous avons étudié, chez l'homme, les bases neurales de la perception du relief à partir du mouvement visuel, en utilisant l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf). Au cours de ce travail, l'élaboration et l'analyse des protocoles expérimentaux en imagerie sont apparues comme des problèmes à part entière, très liés aux questions neurophysiologiques posées par l'expérimentateur. Dans ce document, nous introduisons la notion de cartographie fonctionnelle afin de mettre en évidence le rôle de l'imagerie fonctionnelle en neurosciences. Nous détaillons ensuite le contexte théorique et expérimental de la perception visuelle du mouvement et des formes. En ce qui concerne les méthodes, nous présentons brièvement la technique d'IRMf. Nous expliquons également les principes du dessin de protocole en imagerie, notamment des protocoles dits événementiels, et nous exposons les méthodes d'analyse du signal IRMf utilisées. Nous décrivons enfin plusieurs expériences: l'une d'elles a été réalisée spécifiquement pour la mise en oeuvre de l'approche événementielle en IRMf; les autres sont des applications dédiées à l'étude du système visuel, présentées dans une perspective méthodologique. Trois séries d'expériences ont été réalisées pour explorer la perception des formes 3D à partir du mouvement. Les deux premières ont été effectuées en vision passive, en présentant aux sujets plusieurs stimuli de mouvement visuel, contenant ou non une information 3D. La troisième fait intervenir une tâche dirigeant l'attention des sujets vers diverses caractéristiques d'une surface 3D en mouvement. La richesse des thèmes abordés au cours de ce travail nous a notamment permis de nous interroger sur la notion de hiérarchie de traitement visuel, la ségrégation des voies dorsale et ventrale et l'influence de l'attention sur l'activité corticale.

Cette these traite de la modelisation statistique de formes en imagerie<br />cerebrale.<br /><br />Dans une premiere partie, nous proposons un modele statistique de la forme des sillons corticaux. Le modele est bati par apprentissage a partir de sillons extraits d'images IRM et dotes d'une representation parametrique. La definition d'un repere intrinseque a la forme sillon permet d'aligner l'ensemble des formes extraites et de construire une population d'apprentissage coherente sur laquelle appliquer une analyse en composantes principales afin de deriver le modele. Ce modele statistique est ensuite etendu a un graphe de sillons afin de decrire non plus seulement les caracteristiques morphologiques d'un sillon, mais aussi les relations de position et d'orientation entre sillons principaux.<br />L'analyse presentee ici porte sur un sous-graphe defini par un couple de sillons. <br /><br />Dans une seconde partie, trois applications de la modelisation proposee sont envisagees. D'une part, nous l'utilisons dans un cadre d'evaluation de methodes de recalage global inter-sujets. Pratiquee sur des amers locaux, l'analyse statistique fournit un indicateur de la similarite des formes au sein des populations recalees, et produit un critere de comparaison entre les methodes. D'autre part, nous exploitons la connaissance statistique apportee par le modele sur les sillons dans le contexte de la construction d'atlas anatomiques et fonctionnels. Nous proposons une methode locale et non-lineaire de recalage inter-sujets de donnees fonctionnelles, exprimees sous forme de dipoles MEG (localisations d'activations fonctionnelles), base sur la modelisation des amers anatomiques que sont les sillons corticaux. Exprimentee sur une population de 18 sujets, cette methode s'est averee apte a reduire la variabilite fonctionnelle inter-individuelle observee. Enfin, nous appliquons la methodologie proposee dans le cas des sillons a la modelisation statistique de la forme de frontieres fonctionnelles delimitant des aires visuelles de bas-niveau.

Chez les patients souffrants d’épilepsie du lobe temporal (ELT), des troubles cognitifs sont fréquemment décrits. Toutefois, certaines capacités cognitives restent à ce jour peu explorées dans le domaine de la recherche en épileptologie et non évaluées en pratique clinique, telles que les capacités de cognition sociale. Pourtant, des difficultés psychosociales et psychocomportementales ainsi qu’une altération de la qualité de vie (notamment dans sa dimension sociale) sont relevées chez les patients ELT et elles pourraient être en relation avec des perturbations de la cognition sociale. Par ailleurs, les anomalies cérébrales retrouvées chez ces patients, situées à proximité mais également plus à distance du foyer épileptique, comprenent des structures sous-tendant les capacités de cognition sociale. Dans ce contexte, l’objectif général de cette thèse était la caractérisation des capacités de cognition sociale des patients ELT d’un point de vue comportemental et en neuroimagerie. Les études comportementales menées ont permis de préciser l’impact d’une ELT unilatérale sur les capacités de cognition sociale. Il est notamment mis en évidence chez les patients ELT : (i) des troubles de reconnaissance émotionnelle en modalité visuelle et auditive associés à la présence de biais émotionnels, (ii) une modification de l’expérience émotionnelle, et (iii) des déficits de théorie de l’esprit (TdE) plus particulièrement prononcés sur le versant affectif de cette capacité. Certaines caractéristiques cliniques (âge de début, durée, latéralité de l’épilepsie, présence d’une sclérose hippocampique) peuvent moduler la sévérité de ces troubles. Par ailleurs, ces troubles sont associés à certaines perturbations psychocomportementales (anhédonie, apathie, modifications de l’affectivité et de l’empathie) et à une altération de la qualité de vie des patients. Sur base de ces études comportementales, nous avons identifié que les troubles de TdE apparaissent fréquents, affectant plus de 80% des patients ELT. Une étude en neuroimagerie fonctionnelle et l’analyse de données d’imagerie structurelle préliminaires ont permis de préciser l’impact d’une ELT sur le réseau cérébral sous-tendant les capacités de TdE. Nous relevons notamment que chez les patients ELT mésial avec sclérose hippocampique, les troubles de TdE semblent liées à des anomalies cérébrales situées principalement à distance du foyer épileptique, dépendantes de la latéralité de l’ELT et modulées par l’âge de début et la durée de l’épilepsie. En conclusion, dans une perspective de compréhension et de prise en charge globale des patients ELT, il convient de ne pas négliger l’étude des troubles de cognition sociale chez ces patients, et leur évaluation en pratique clinique devrait être plus systématique. / In patients suffering from temporal lobe epilepsy (TLE), cognitive disorders are frequently described. However, until now some cognitive capacities remain poorly explored in the field of epileptology research and not evaluated in clinical practice, such as social cognition capacities. However, psychosocial and psychobehavioral difficulties and an impaired quality of life (particularly in its social dimension) are raised in TLE patients and could be related to social cognition disorders. Furthermore, the cerebral abnormalities found in TLE patients, located close to the epileptic focus and also in more distant regions, include structures that support social cognition capacities. In this context, the general objective of this thesis was the characterization of social cognition capacities in TLE patients from a behavioral and neuroimaging point of view. Behavioral studies have allowed to specify the impact of unilateral TLE on social cognition capacities. It is notably identified in TLE patients: (i) emotion recognition disorders in both visual and auditory modality associated with emotional biases, (ii) changes in emotional experience, and (iii) theory of mind (ToM) disorders especially affecting the affective dimension of this capacity. Some clinical characteristics (age at onset, duration, laterality of epilepsy and presence of hippocampal sclerosis) can modulate the severity of these disorders. Furthermore, these disorders are associated with several psychobehavioral disorders (anhedonia, apathy, modified affectivity and empathy) and a worse quality of life for patients. On the basis of behavioral studies, it is identified that ToM impairments appear common, affecting more than 80% of TLE patients. A functional neuroimaging study and preliminary structural imaging data analysis have allowed to specify the TLE impact on the cerebral network underlying the ToM capacities. It is notably identified that in mesial TLE patients with hippocampal sclerosis, ToM disorders mainly reflect cerebral abnormalities located in distant cerebral regions from the epileptic focus, dependent of the laterality of epilepsy and modulated by the age at onset and the duration of epilepsy. In conclusion, in order to improve the understanding and the overall care of TLE patients, the investigation of social cognition disorders in these patients should not be neglected, and their assessment in clinical practice should be more regular.

L’utilisation de techniques de microscopie optique de plus en plus performantes a permis des avancées considérables en neurobiologie. Néanmoins, la population de neurones mise en jeu lors de la formation de la mémoire, ainsi que sa dynamique restent à ce jour très peu connues. L’objectif de la thèse est de développer puis d’utiliser deux types de microscopies originales couplées à des sondes fluorescentes de dernière génération (sondes calciques G-CaMP6f et sonde voltage ArcLight) pour l’étude in vivo des réseaux neuronaux impliqués dans la mémorisation chez la drosophile. Le choix du modèle Drosophila melanogaster pour cette étude neurobiologique est justifié par plusieurs atouts uniques : un cerveau peu volumineux, des capacités d’apprentissage remarquables, la possibilité d’analyser un réseau neuronal dans sa globalité avec une résolution cellulaire et la disponibilité d’outils génétiques très perfectionnés pour son étude. Le premier type de microscopie conçu est celui dite à illumination structurée de type HiLo permettant d'obtenir une coupe optique en profondeur. Nous avons alors étudié le rôle de divers récepteurs, tels que les récepteurs dopaminergiques et gabaergiques dans la transmission de l'information punitive jusqu'aux neurones des corps pédonculés. Nous avons également mis en évidence une non-homogénéité spatiale des neurones de type α/β des corps pédonculés en termes d’excitation et d’inhibition en réponse à une stimulation punitive pour une profondeur d’analyse d'environ 10 à 20 µm. Cette profondeur limite étant imposée par les aberrations, nous avons alors implémenté une boucle d’optique adaptative dans notre microscope. Cela a permis de réaliser des analyses morphologiques jusqu’à 50 µm de profondeur. Le second type de microscopie développé est la microscopie multiconfocale de type « spinning disk » dans le but d’imager l’ensemble des corps cellulaires des neurones des corps pédonculés. Le développement de ce projet n'est pas achevé, ce qui n’a pas encore permis de répondre à des questions biologiques d’intérêt. / Cellular and neural network dynamics involved in memory formation remain poorly known despite the progress brought by advanced optical microscopies to neurobiology. The use of Drosophila melanogaster as a model organism constitute one of the most promising approaches due to its unique features: a small brain size, outstanding learning capabilities, very powerful genetic tools and the possibility to analyze a whole neural network with a cellular resolution. To this aim, we implemented two types of optical fluorescence microscopes coupled to cutting-edge fluorescent biosensors, calcic G-CaMP6f and voltage ArcLight probes. We used HiLo structured illumination, a technique able to provide axial optical sectioning, deep in the brain, to study the role of dopaminergic and gabaergic molecular receptors in the transmission of aversive stimulus to mushroom bodies neurons. We also evidenced a non-uniform response of type α/β mushroom bodies neurons under electrical stimulation at 10 to 20 µm depth of analysis. To penetrate deeper in the brain, we added an adaptive optics feedback loop into our microscope in order to overcome aberrations issues. We were then able to rebuild optical sections down to 50 µm depth. The second type of microscopy we developed is a multiconfocal microscope using spinning disk. The aim was to image all the mushroom bodies neurons, at the level of their cell bodies, with a cellular resolution. Since this project is at its beginning, it did not allow us to answer to advanced biological questions yet.

La radiothérapie est une modalité importante dans le traitement de néoplasie telle que le cancer pulmonaire. Cependant, les poumons sont susceptibles à des toxicités radio-induites comme la pneumonie radique et la fibrose pulmonaire radique. Plusieurs patients souffrant du cancer pulmonaire ont aussi des comorbidités tel la maladie obstructive pulmonaire chronique, qui affecte déjà leur fonction respiratoire. Actuellement, la planification de la radiothérapie tient compte de l’anatomie mais non de la fonction différentielle des poumons. La planification de la radiothérapie guidée par la fonction aurait pour but d’inclure cette fonction différentielle dans le processus de planification, évitant l’irradiation du parenchyme sain et améliorant le profil de toxicités du traitement. Différentes techniques d’imagerie fonctionnelle sont présentement à l’étude. La tomodensitométrie à double-énergie (DECT, dual-energy computed tomography) est une technique qui utilises des rayons-X d’énergie différente, permettant une meilleure différentiation du matériel. L’article présenté dans ce mémoire étudie une technique préalablement décrite de décomposition de matériaux qui utilise des cartographies d’iodine dérivées des images de DECT avec contraste. Nous avons réalisé une étude longitudinale de la perfusion pulmonaire, un indicateur de la fonction respiratoire. Des patients avec un cancer pulmonaire traités avec radiothérapie stéréotaxique ou conventionnelle ont été recrutés de façon prospective et ont eu un DECT avec contraste avant le début des traitements et 6 et 12 mois post-traitement. Des réponses fonctionnelles normalisées ont été calculées à 6 et 12 mois pour 3 catégories de dose d’irradiation : moins de 5 Gray, 5-20 Gray et plus de 20 Gray. Aux analyses statistiques, nous avons observé une corrélation de cette réponse avec la dose de radiation reçue. Les régions qui ont reçu le plus de dose ont démontré une plus grande baisse de fonction. La réponse fonctionnelle normalisée est également corrélée avec le temps écoulé post-radiothérapie. Nous avons conclu que la cartographie d’iodine dérivée du DECT permet d’évaluer l’effet de la dose de radiation sur les changements fonctionnels du parenchyme pulmonaire post-radiothérapie. Ainsi, le DECT permet d'évaluer les changements de fonction pulmonaire post-radiothérapie et pourrait être utilisé pour évaluer les dommages post-radiques. / Radiotherapy is an important modality in the treatment of malignancies such as lung cancer. However, the lungs are susceptible to radiation-induced lung injury such as radiation pneumonitis and radiation fibrosis. In addition, many lung cancer patients also suffer from comorbidities such as chronic obstructive lung disease, which affect their baseline respiratory function. Current standard of care for radiotherapy planning considers the anatomy but not the differential function of the lungs. Function-guided radiotherapy planning would seek to include the differential function of the lungs, avoiding the irradiation of healthy parenchyma, therefore improving the toxicity profile of the treatment. Currently, different functional imaging techniques are being studied for this purpose. Dual-energy computed tomography (DECT) is a technique which uses two X-rays of different energy, allowing improved material differentiation. The article presented in this thesis studies the use of a previously described 2-material decomposition technique using iodine maps derived from contrast-enhanced DECT images. This allows for the longitudinal evaluation of lung perfusion, a surrogate for respiratory function. Lung cancer patients who were treated with stereotactic radiotherapy or conventional radiotherapy were prospectively enrolled and underwent a contrast-enhanced DECT before the treatment and at 6 and 12 months post-treatment. Normalized functional responses were calculated at 6 and 12 months for three dose ranges: less than 5 Gray, 5-20 Gray and more than 20 Gray. This normalized functional response was found to correlate with the dose received. The regions receiving the most radiation dose demonstrate the greatest decrease in function. It was also found be correlated with the time elapsed after radiotherapy. We concluded that DECT-derived iodine maps can be used to evaluate the dose-response effect of radiation on lungs. DECT can therefore be an interesting technique to study post-treatment pulmonary parenchymal changes and can be used to assess post-radiation damage.