La lutte contre le cancer a vu l'émergence de nouvelles technologies permettant d'améliorer le soin aux patients. Parmi celles-ci, la thermo-ablation par laser est une des techniques de destruction in situ des tumeurs les plus récentes. Elle consiste à plonger la fibre optique au cœur d'une tumeur en insérant un guide au travers de la peau. La diode laser émettrice de lumière permet ensuite de brûler localement la tumeur sans abord chirurgical, le patient pourra ainsi quitter plus rapidement l'hôpital. Les énormes avantages de cette thérapie sont cependant limités par la difficulté du geste à réaliser. Pour se guider durant les différentes étapes, le chirurgien pourra utiliser l'imagerie par résonance magnétique.<br />L'objectif de cette thèse, qui bénéficie du soutien de la Région Nord Pas de Calais et du CHRU de Lille de 2005 à 2007, est de fournir des outils pour l'assistance par IRM de la thermo-ablation par laser. Les différents développements offriront ainsi non seulement un outil de préparation à cet acte complexe (visualisation en trois dimensions des tumeurs du patient, calcul de la trajectoire optimale pour éviter la perforation de structures anatomiques vitales ...) mais également des outils d'assistance per-opératoire (positionnement du guide assisté par la stéréovision sur les premiers centimètres, évaluation des dommages thermiques de la zone traitée...).<br />Lors de cette première phase, nous nous sommes concentrés sur les tumeurs hépatiques, qui demeurent une réelle difficulté, tout en proposant un système pouvant être adapté à toute tumeur abdominale.

Ce travail s'intéresse à l'étude préclinique de l'ischémie cérébrale focale transitoire à travers la caractérisation de la microvascularisation cérébrale grâce à différents outils d'investigation. Il décrit le développement d'un modèle d'ischémie cérébrale réversible par occlusion intraluminale de l'artère cérébrale moyenne chez le rat. Une ouverture précoce de la barrière hémato-encéphalique après reperfusion a été mise en évidence par l'extravasation d'agents de contraste en imagrie par résonance magnétique nucléaire. L'influence de différents anesthésiques sur l'évolution de la pathologie ischémique a été évaluée par la mesure du débit sanguin cérébral en autoradiographie et l'évaluation histologique des lésions induites. Enfin, une technique d'imagerie par spectroscopie proche-infrarouge permettant la localisation spatiale en temps réel d'un foyer ischémique est présentée.

Cette thèse porte sur la mise en place, sur un imageur clinique, de nouveaux protocoles adaptés à l'IRM de l'hélium3 hyperpolarisé et sur leur validation au cours d'études précliniques et cliniques. L’IRM de l’hélium3 hyperpolarisé étant non invasive et non ionisante, elle est bien adaptée à l'utilisation chez l'enfant, dès le plus jeune âge, et aux suivis longitudinaux. Pourtant, les protocoles d’imagerie sont le plus souvent réalisés pendant l’apnée, rendant la technique difficilement applicable chez de jeunes enfants. La première contribution de cette thèse porte sur un protocole de respiration spontanée, sa modélisation et sa validation préclinique, préalables à une application chez des patients non coopératifs. La deuxième étude traite de l'application conjointe de l'IRM proton et hélium3 hyperpolarisé à un modèle de pathologie aiguë chez le lapin, maladie jusqu’à présent non étudiée en IRM de l’hélium3 hyperpolarisé. Enfin, la troisième étude s’intéresse à l’évaluation de la sensibilité de la technique et de l'influence d'une séance de drainage bronchique, chez des enfants atteints de mucoviscidose dont la fonction pulmonaire est asymptomatique. / This work deals with the design, on a clinical scanner, of new protocols for helium3 MRI and with their application to preclinical and clinical studies. Allowing for a virtually unlimited number of acquisitions, helium3 MRI is well adapted for longitudinal or pediatric studies. Acquisitions, however, are mostly performed under breath-hold, precluding the application to non cooperative patients. The first part of this thesis addresses the use of a free-breathing protocol, validated in vivo on rabbit and optimized using a model of gas exchange. A second study tackles the joint use of helium3 and proton MRI to study acute diseases, using a rabbit model of Acute Respiratory Distress Syndrome. Finally, the third study demonstrates the sensitivity of helium3 MRI and evaluates the influence of chest physical therapy on cystic fibrosis children with normal respiratory function.

Contexte Malgré les conséquences néfastes bien connues de la consommation de cannabis chez les patients souffrant de schizophrénie (SCZ), ces derniers en font usage dans une proportion atteignant 40%. Plusieurs études ont tenté d’éclaircir la nature du lien qui existe entre ces deux problématiques, mais cela demeure à ce jour un sujet d’incertitude. Des études précédentes, dont certaines de notre groupe, ont montré que les patients souffrant de schizophrénie et d’un trouble d’abus de cannabis (SCZCAN) présentaient moins de symptômes négatifs, de meilleures capacités cognitives et un processus de traitement des émotions se rapprochant davantage de la normale. Objectif La présente étude vise à évaluer la mémoire émotionnelle ainsi que ses corrélats neurobiologiques par imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) chez les SCZCAN en comparaison avec les SCZ. Notre hypothèse est que les SCZCAN vont mieux performer lors d’une tâche de mémoire émotionnelle en comparaison avec les SCZ et qu’ils démontreront des activités dans des régions cérébrales plus étendues et impliquées dans la mémoire et le traitement émotionnel. Méthode Trois groupes de sujets, soit un groupe de SCZ (N=14), un groupe de SCZCAN (N=14) et un groupe contrôle (N=21) ont participé à une tâche de mémoire émotionnelle lors d’une imagerie par IRMf. Résultats Les résultats de notre étude ont montré que les SCZCAN performaient mieux que les SCZ dans une tâche de mémoire émotionnelle et montraient des activations dans des régions cérébrales plus étendues à l’IRMf, en particulier celles impliquées dans mémoire et dans le traitement des émotions (cortex orbitofrontal et temporal, hippocampe). Conclusion Les SCZCAN ont une préservation relative de leur mémoire émotionnelle en comparaison aux SCZ, ce qui est corrélé avec de plus grandes activations cérébrales dans les régions qui jouent un rôle dans la mémoire et le traitement émotionnel. / Context In spite of well-known adverse consequences of cannabis consumption in patients with schizophrenia (SCZ), it is recognized that cannabis use reaches levels as high as 40 % in this population. Recently, a number of studies have attempted to get a better grasp of the relationship between these two conditions, which remains unclear to this day. Previous studies, including some from our group, have shown that cannabis abusing patients (SCZCAN) tend to have less prominent negative symptoms, better cognitive abilities, and that their emotion processing is closer to normal. Aim The present study aims to compare emotional memory in patients with schizophrenia with or without cannabis abuse, our hypothesis being that SCZCAN will perform better on an emotional memory task and will activate larger brain regions during functional imaging, as compared to SCZ. Method Three groups of subjects, namely SCZ (N=14), SCZCAN (N=14) and control subjects (N=21) underwent an emotional memory task during a functional magnetic resonance imaging session. Results Our study showed that the group of SCZCAN performed better than SCZ in a functional memory task and activated larger brain regions during functional imaging, in particular those linked to memory and emotional processing (orbitofrontal and temporal cortex, hippocampus). Conclusion The group of SCZCAN demonstrated a relative preservation of their emotional memory as compared to SCZ and activated larger brain regions during functional imaging.

Introduction : Les individus présentant des troubles cognitifs légers ou Mild Cognitive Impairment (MCI) sont plus à risque de développer une maladie d’Alzheimer (MA) que le reste de la population âgée. Objectif : Cette étude repose sur le recours à un devis de type étude de cas multiples dont l’objectif est de contribuer à l’identification d’indices biologiques en quantifiant, à l’aide de la résonance magnétique spectroscopique (MRS), des changements métaboliques précoces chez les individus avec MCI, susceptibles d’évoluer vers la MA. Méthodologie : Huit individus MCI sont comparés à huit individus âgés normaux. Chaque participant est soumis à un examen MRS. Résultats : Parmi les huit participants MCI recrutés, l’un d’entre eux présente désormais un profil cognitif concordant avec une MA. L’analyse spectrale des métabolites de cet individu montre des ratios de glutamate plus élevés au niveau du cortex préfrontal gauche et de la régioncingulaire postérieure gauche. Bien qu’une diminution de NAA/Cr soit fréquemment observée chez la population MCI en voie d’évoluer vers la démence, les résultats obtenus ne démontrent rien en ce sens. Discussion/Conclusion : Le rôle du glutamate dans les processus neurodégénératifs est encore mal établi. L’augmentation de glutamate observée est contraire à la diminution habituellement observée au cours de la MA. Ces résultats sont toutefois explicables par l’existence possible d’excitotoxicité précoce chez les MCI en voie de d’évoluervers la démence. Cela pourrait aussi illustrer des mécanismes de compensation présents avant qu’un déclin cognitif ne soit objectivable. / Background: Mild cognitive impairment (MCI) characterizes individuals who present some cognitive impairment without criteria for dementia. Known as a highly plausible transitional stage between normal aging and Alzheimer’s disease (AD), the majority of individuals with MCI will eventually evolve to AD. Objective: The general aim of this multiple-cases study is to explore the contribution of magnetic resonance spectroscopy (MRS) to the neurochemical identification individuals with MCI in the process of evolving toward an AD. Methodology: Eight individuals were compared to eight age and education matched-controls. For each participant, MRS measures for XX neurometabolites were taken from the left prefrontal and left posterior cingulate gyrus. Results: Among all the MCI participants, one of them converted to AD during the time of the study. The spectral analysis of this participant showed higher glutamate/glutamine ratios in both regions. Although a reduction of Naa/Cr is often/generally observed among the MCI population moving/headed toward dementia, the obtained/experimental results show/demonstrate nothing in this sense. Discussion/Conclusion: The role of glutamate in pathological processes is not well-known. These results suggest the probable existence of excitotoxicity mechanisms in MCI subjects who will convert to AD, a mechanism that could express the presence of some compensatory processes. While reporting the challenge of MRS measures in this population, this study provide indications of its potential for the early detection of AD in a MCI population.

La perception est décrite comme l’ensemble des processus permettant au cerveau de recueillir et de traiter l’information sensorielle. Un traitement perceptif atypique se retrouve souvent associé au phénotype autistique habituellement décrit en termes de déficits des habilités sociales et de communication ainsi que par des comportements stéréotypés et intérêts restreints. Les particularités perceptives des autistes se manifestent à différents niveaux de traitement de l’information; les autistes obtiennent des performances supérieures à celles des non autistes pour discriminer des stimuli simples, comme des sons purs, ou encore pour des tâches de plus haut niveau comme la détection de formes enchevêtrées dans une figure complexe. Spécifiquement pour le traitement perceptif de bas niveau, on rapporte une dissociation de performance en vision. En effet, les autistes obtiennent des performances supérieures pour discriminer les stimuli définis par la luminance et inférieures pour les stimuli définis par la texture en comparaison à des non autistes. Ce pattern dichotomique a mené à l’élaboration d’une hypothèse suggérant que l’étendue (ou complexité) du réseau de régions corticales impliquées dans le traitement des stimuli pourrait sous-tendre ces différences comportementales. En effet, les autistes obtiennent des performances supérieures pour traiter les stimuli visuels entièrement décodés au niveau d’une seule région corticale (simples) et inférieures pour les stimuli dont l’analyse requiert l’implication de plusieurs régions corticales (complexes). Un traitement perceptif atypique représente une caractéristique générale associée au phénotype autistique, avec de particularités rapportées tant dans la modalité visuelle qu’auditive. Étant donné les parallèles entre ces deux modalités sensorielles, cette thèse vise à vérifier si l’hypothèse proposée pour expliquer certaines particularités du traitement de l’information visuelle peut possiblement aussi caractériser le traitement de l’information auditive dans l’autisme. Le premier article (Chapitre 2) expose le niveau de performance des autistes, parfois supérieur, parfois inférieur à celui des non autistes lors du traitement de l’information auditive et suggère que la complexité du matériel auditif à traiter pourrait être en lien avec certaines des différences observées. Le deuxième article (Chapitre 3) présente une méta-analyse quantitative investiguant la représentation au niveau cortical de la complexité acoustique chez les non autistes. Ce travail confirme l’organisation fonctionnelle hiérarchique du cortex auditif et permet d’identifier, comme en vision, des stimuli auditifs pouvant être définis comme simples et complexes selon l’étendue du réseau de régions corticales requises pour les traiter. Le troisième article (Chapitre 4) vérifie l’extension des prédictions de l’hypothèse proposée en vision au traitement de l’information auditive. Spécifiquement, ce projet compare les activations cérébrales sous-tendant le traitement des sons simples et complexes chez des autistes et des non autistes. Tel qu’attendu, les autistes montrent un patron d’activité atypique en réponse aux stimuli complexes, c’est-à-dire ceux dont le traitement nécessitent l’implication de plusieurs régions corticales. En bref, l’ensemble des résultats suggèrent que les prédictions de l’hypothèse formulée en vision peuvent aussi s’appliquer en audition et possiblement expliquer certaines particularités du traitement de l’information auditive dans l’autisme. Ce travail met en lumière des différences fondamentales du traitement perceptif contribuant à une meilleure compréhension des mécanismes d’acquisition de l’information dans cette population. / Perception involves the processes allowing the brain to extract and understand sensory information. Atypical perceptual processing has been associated with the autistic phenotype usually described in terms of impairments in social and communication abilities, as well as restricted interests and repetitive behaviours. Perceptual atypicalities are reported across a range of tasks. For instance, superior performance in autistics compared to non autistics is observed for pure tone discrimination as well as for complex figure disembodying tasks. One particular study reported atypical low-level visual processing in autism. In this experiment, autistics displayed enhanced performance for identifying the orientation of luminance-defined gratings and inferior performance for texture-defined gratings in comparison to non autistics. This dichotomous pattern led to the formulation of a hypothesis suggesting an inverse relation between the level of performance and the extent (or complexity) of the cortical network required for processing the stimuli. Specifically, autistics would perform better than non autistics during processing visual stimuli involving one cortical region (luminance-defined or simple stimuli), while they would show decreased performance for processing stimuli involving a network of cortical region (texture-defined or complex stimuli). Atypical perceptual processing is described as a general feature associated with the autistic phenotype and is reported for both the visual and the auditory modalities. Considering the existing parallels between the two sensory modalities, the principal purpose of the presented doctoral dissertation it to verify whether the hypothesis proposed to explain atypical visual processing in autism could also apply to audition. The first article (Chapter 2) is an exhaustive literature review of studies on autistics’ auditory processing abilities. Taken together, the results suggest that the level of performance of autistics on auditory tasks could be related to the acoustic complexity of the stimuli. The second article (Chapter 3) uses quantitative meta-analysis to investigate how auditory complexity is represented at the cortical level in non autistics. This study confirms the hierarchical functional organization of the auditory cortex and allows defining simple and complex auditory stimuli based on the extent of the cortical network involved in their processing, as it was done in vision. The third article (Chapter 4) verifies if the predictions of the hypothesis proposed in vision could also apply in audition. Specifically, this study examines the cortical auditory response to simple and complex sounds in autistics and non autistics. As expected, autistics display atypical cortical activity in response to complex auditory material that is stimuli involving a network of multiple cortical regions to be processed. In sum, the studies in this dissertation indicate that the predictions of the hypothesis proposed in vision could extend to audition and possibly explain some of the atypical behaviours related to auditory processing in autism. This thesis demonstrates fundamentally different auditory cortical processing in autistics that could help define a general model of perceptual differences in autism which could represent a key factor in the understanding of information acquisition.

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

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La stimulation cérébrale profonde est un traitement efficace pour traiter les symptômes parkinsoniens chez les patients en échappement thérapeutique médical. L'intervention chirurgicale consiste à positionner au millimètre près une électrode de stimulation dans un noyau cérébral profond. La qualité du ciblage peut être améliorée par des bases de données multimodales, à la fois anatomiques, cliniques et électrophysiologiques. En premier lieu, nous avons créé une IRM moyennée appelée template Parkinson, puis nous avons validé la segmentation des 24 structures cérébrales profondes du template. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés à la meilleure localisation du plot stimulé dans le noyau subthalamique (NST) en étudiant les résultats moteur et neuropsychologiques de 30 patients parkinsoniens stimulés dans le NST. Pour chaque score clinique, nous avons obtenu un atlas anatomo-clinique, associant le degré d'amélioration ou de dégradation du patient avec son plot stimulé. Nous avons constaté une discordance entre la meilleure amélioration motrice et l'inévitable dégradation des fluences en stimulant dans la région postéro-supérieure du NST. Dans un troisième temps, nous avons développé des cartes statistiques anatomo-cliniques pour visualiser les conséquences motrices et neuropsychologiques à 6 mois d'une stimulation du pallidum médial (GPm) chez 20 patients parkinsoniens. Les patients étaient tous améliorés sur le plan moteur sans altération neuropsychologique. La zone où la majorité des patients étaient améliorés sur le plan moteur, était la partie postéro-ventrale du GPm, un peu plus latéralement que les données de la littérature. Notre but est d'utiliser les cartes statistiques de manière prospective chez d'autres patients à opérer, pour raccourcir le temps de ciblage pré-chirurgical le jour de l'intervention et pour améliorer le résultat postopératoire, tant sur le plan moteur que neuropsychologique.

L'utilisation intensive des produits phytosanitaires, en particulier les insecticides, provoque des effets indésirables sur les organismes vivants et leur environnement. Mon travail de thèse a consisté à évaluer l'effet de deux insecticides chez un insecte modèle la drosophile. Une première étude concernait l'effet d'un néonicotinoïde, l'imidaclopride. Nous avons pu montrer que l'exposition chronique à des doses sublétales de cet insecticide perturbe la fonction de reproduction chez la drosophile. D'autre part, une exposition aiguë à l'imidaclopride a mis en évidence une résistance chez les femelles d'une souche de drosophile dite ''des champs''. Deux mécanismes différents ont été mis en évidence dans la résistance à l'imidaclopride de cette souche. Le premier concerne la sous expression d'une sous-unité (D1) du récepteur nicotinique à l'acétylcholine, cible de l'imidaclopride. Le deuxième concerne l'implication des glutathion S-transférases, enzymes de détoxification, dans le métabolisme de l'imidaclopride. Ces études montrent que les insecticides peuvent avoir en plus des effets sur les insectes ravageurs, des effets néfastes sur des organismes non cibles. La deuxième étude avait pour but de modéliser chez la drosophile, l'impact d'un organochloré, la dieldrine, potentiellement impliquée dans la maladie de Parkinson chez l'homme. L'exposition à cet insecticide conduit à une dégénérescence des neurones dopaminergiques ainsi qu'une perturbation de la structure de régions particulières du cerveau. Nous avons également montré des altérations du métabolisme et l'implication de processus épigénétiques dans la neurodégénérescence induite par la dieldrine. Au cours de ce travail, nous avons pu montrer l'intérêt de nouvelles méthodes comme l'Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) ou le High Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) dans ce type d'étude.