L’oxaliplatine, anticancéreux utilisé pour le traitement du cancer colorectal, est responsable d’une neurotoxicité périphérique dose-limitante affectant une grande majorité de patients. La neurotoxicité de l’oxaliplatine se présente sous deux formes : une forme immédiate, se traduisant par des paresthésies transitoires, et une forme retardée et cumulative, caractérisée par l’apparition d’une neuropathie périphérique douloureuse fortement invalidante. A l’heure actuelle, la prise en charge des douleurs neuropathiques est souvent incomplète, principalement à cause du manque de traitements efficaces et bien tolérés. Dans ce contexte, il existe un réel besoin d’innovation thérapeutique pour améliorer le traitement de ces neuropathies, nécessitant au préalable une meilleure compréhension de leur physiopathologie. La première partie de ce travail porte sur l’évaluation de l’effet d’une alimentation sans polyamines sur l’apparition et la chronicisation de la neurotoxicité de l’oxaliplatine chez le rat. En effet, en modulant positivement la sous-unité NR2B des récepteurs NMDA, les polyamines alimentaires pourraient faciliter la sensibilisation douloureuse. Un régime sans polyamines a permis de prévenir l’hypersensibilité thermique et mécanique induite par l’oxaliplatine. Bien que ces symptômes nociceptifs ne soient pas associés à une augmentation de l’expression de la sous-unité NR2B au niveau spinal, l’ifenprodil (antagoniste NR2B spécifique) permet d’en diminuer l’intensité de manière dose-dépendante. Enfin, une étude métabolomique réalisée par spectroscopie RMN du proton a montré que le régime sans polyamines permettait de réguler la neurotransmission excitatrice (glutamate) au niveau de la corne dorsale de la moelle épinière des animaux, expliquant ainsi son effet antalgique. Dans un deuxième temps, nous nous sommes intéressés aux mécanismes supraspinaux impliqués dans la neuropathie chronique induite par l’oxaliplatine, à l’aide d’une approche métabolomique par 1 H-RMN HRMAS. Cette étude a révélé d’importantes modifications métaboliques cérébrales chez les animaux traités par oxaliplatine, notamment une augmentation de la choline dans le cortex insulaire postérieur corrélée de manière significative aux seuils douloureux. Une analyse transcriptomique et pharmacologique a permis de mettre en évidence une implication de la neurotransmission cholinergique dans cette structure. Le ciblage pharmacologique de cette neurotransmission pourrait représenter une stratégie potentiellement intéressante pour le développement de nouveaux traitements antalgiques. L’ensemble de ces résultats expérimentaux a permis l’identification de nouvelles pistes pour la compréhension et le traitement des douleurs neuropathiques chimio-induites. Dans une perspective de recherche translationnelle, ces deux approches précliniques sont en cours de transposition dans des protocoles de recherche clinique. Un essai clinique de phase II (NEUROXAPOL, NCT01775449) a débuté afin de confirmer l’intérêt d’un régime appauvri en polyamines chez des patients recevant une chimiothérapie à base d’oxaliplatine. Une seconde étude clinique (INSULOX) est actuellement en cours de préparation au CHU de Clermont-Ferrand afin de mesurer par IRM les concentrations en choline dans l’insula de patients souffrant de douleurs neuropathiques induites par oxaliplatine. / Oxaliplatin, an anticancer drug used for the treatment of colorectal cancer, is responsible for a dose-limiting peripheral neurotoxicity in the majority of treated patients. This neurotoxicity appears with two components: a rapid-onset acute neurotoxicity manifesting as transient paresthesias and cold-induced dysesthesias; and a late-onset cumulative neurotoxicity characterized by the development of a painful chronic neuropathy. To date, the management of chemotherapy- induced neuropathic pain is still challenging because of the lack of effective treatments. In this context, a better understanding of the pathophysiological mechanisms underlying this neurotoxicity could lead to the identification of new therapeutic targets. Firstly, we aimed to assess the preventive effect of a polyamine deficient diet on the development of oxaliplatin-induced acute neurotoxicity. Exogenous polyamines, by positively modulating spinal NR2B-containing NMDA receptors, could facilitate pain sensitization. This study has shown that a polyamine deficient diet for 7 days totally prevented oxaliplatin-induced acute cold and mechanical hypersensitivity in rats. Although we observed no change in spinal NR2B expression or phosphorylation, intrathecal ifenprodil (a specific NR2B antagonist) reduced oxaliplatin-induced allodynia in a dose-dependent manner. Finally, proton NMR spectroscopy- based metabolomic analysis has revealed a regulation of spinal glutamate neurotransmission as the most likely mechanism underlying the preventive effect of the diet. Secondly, the metabolic variations associated with oxaliplatin-induced chronic neuropathy were assessed at the supraspinal level using a 1 H-NMR HRMAS-based metabolomic approach. Among the neurochemical changes evidenced in this study, we observed a significant increase in choline within the posterior insular cortex, significantly correlated with the mechanical pain thresholds. A transcriptomic and pharmacological approach have revealed an implication of cholinergic neurotransmission in this brain area. Targeting the cholinergic system using centrally active muscarinic agents could represent an interesting strategy for the treatment of oxaliplatin- induced neuropathic pain. These experimental results led to the identification of new molecular targets for the comprehension and the treatment of chemotherapy-associated painful neuropathy. In a translational approach, these preclinical data will be extended to the clinical setting. A phase II clinical trial (NEUROXAPOL, NCT01775449) is undergoing to confirm the therapeutic interest of a polyamine free diet in patients receiving oxaliplatin. A second clinical project (INSULOX) aiming at assessing the choline concentrations in the insula of patients suffering from oxaliplatin-induced neuropathy is in preparation.

L’objectif de cette thèse est de décrire le réseau cérébral et la dynamique neuronale qui pourraient servir de support aux aversions alimentaires de type olfactives. Nous avons réalisé des enregistrements multisites de potentiel de champ locaux chez le rat vigile engagé dans cet apprentissage, en proposant deux modes de présentation de l’indice olfactif : à proximité de l’eau de boisson (distal) ou ingéré (distal-proximal). Après apprentissage, la présentation du seul indice distal induit l’émergence d’une activité oscillatoire de forte amplitude dans la bande de fréquence beta (15-40 Hz). Finement corrélée au comportement d’aversion de l’animal, cette activité est proposée comme la signature du réseau de structures fonctionnellement impliquées dans la reconnaissance de l’odeur en tant que signal. Nous montrons que ce réseau peut être plus ou moins étendu selon la façon dont le stimulus a été perçu lors du conditionnement: dans certaines aires (bulbe olfactif, cortex piriforme, amygdale basolatérale, cortex orbitofrontal) la modulation en puissance de l’activité beta se fait indépendamment du mode de conditionnement; dans d’autres aires (cortex insulaire, cortex infralimbique) ces changements ont lieu si et seulement si l’odeur a été ingérée. Complétés par l’étude des interactions fonctionnelles entre ces différentes structures dans la bande de fréquence considérée, ces résultats nous permettent de mieux comprendre comment un stimulus peut être représenté en mémoire dans un réseau cérébral en fonction de l’expérience que l’animal en a fait. / The goal of this thesis is to describe the dynamic of the neural network involved in food aversion based on olfactory cue. We performed multisite recordings of local field potential in the behaving rat engaged in such aversion learning and offered two modes of presentation of the olfactory cue: either close to drinking water (distal) or ingested (distal-proximal). After learning, the presentation of the distal cue alone induced the emergence of a powerful oscillation in the beta frequency band (15-40 Hz). Finely correlated with the aversive behavior of the animal, this activity has been proposed as the signature of the neural network functionally involved in odor signal recognition. We showed that this network may be more or less extended depending on how the stimulus has been experienced during conditioning: in some areas (olfactory bulb, piriform cortex, basolateral amygdala, orbitofrontal cortex), modulation of beta power were observed whatever the mode of odor presentation; in other areas (insular and infralimbic cortices) these changes took place only if the odor cue has been ingested. Associated to the analysis of transient oscillatory synchronizations between these different structures, these results allowed us to better understand how a stimulus could be represented in memory by a cerebral network depending on the way the animal had experienced it.

Les sensations en provenance de notre corps se combinent pour donner lieu à des perceptions extrêmement variées, pouvant aller de la brûlure douloureuse au toucher agréable. Ces deux types d'informations dites nociceptives et non nociceptive sont traitées au sein du système nerveux somatosensoriel. Dans ce travail de thèse, nous avons modélisé et caractérisé l'activité électrique du cortex operculo-insulaire au sein des réseaux somatosensoriels non-douloureux et nociceptif, grâce à des enregistrements non-invasifs chez l'Homme. La validité du modèle en réponse à un stimulus nociceptif a été évaluée par comparaison avec des enregistrements intra-corticaux réalisés chez des patients épileptiques. Nous avons ensuite utilisé ce modèle pour déterminer si la stimulation corticale non invasive classiquement utilisée pour soulager les douleurs neuropathiques (stimulation magnétique du cortex moteur) permettait de modifier les réponses nociceptives chez des participants sains. Nous avons montré que cette intervention n'est pas plus efficace qu'une stimulation factice (placebo) sur le plan du blocage nociceptif. Finalement, nous avons tenté de stimuler directement le cortex operculo-insulaire, par trois méthodes différentes : par stimulation électrique locale, intracrânienne et par stimulations non-invasives magnétique (rTMS) et électrique (tDCS). Dans l'ensemble, les travaux présentés ici montrent comment une approche non-invasive chez l'Homme permet de caractériser et de moduler l'activité du cortex operculo-insulaire, qui pourrait être une cible intéressante pour le traitement des douleurs réfractaires / The somatosensory system participates in both non-nociceptive and nociceptive information Processing. In this thesis work, we model and characterize the electrical activity of the operculo-insular cortex within non-painful and nociceptive networks, using non-invasive electrophysiological recordings in humans. Validity of the modeled response to a nociceptive stimulus was evaluated by comparing it to intra-cranial recordings in epileptic patients, revealing excellent concordance. We went on to use this model to determine whether a technique of non-invasive cortical stimulation currently used to relieve neuropathic pain (motor cortex magnetic stimulation) was able to modulate acute nociceptive processing in healthy participants. We show that this intervention is not more efficacious than placebo stimulation in blocking nociception. This raises questions regarding the mechanisms of action of this technique in patients, which might implicate a modulation of pain perception at a higher level of processing. Finally, we attempted to stimulate the operculo-insular cortex directly, using three different methods. Low-frequency intra-cortical stimulation in epileptic, transcranial magnetic stimulation (TMS) of the same region in healthy participants and multipolar transcranial electrical stimulation (tDCS).Altogether, the studies presented here show how a non-invasive approach in humans allows characterising and modulating the activity of the operculo-insular cortex. While this region might be an interesting target for future treatment of drug-resistant pain, its stimulation in patients would require further investigation of parameters and procedures