Les méthodes non-invasives de neuro-imagerie et de neurostimulation peuvent être combinées pour mieux comprendre les connexions dans le cerveau. Pour la première fois, une étude combine de façon séquentielle l’IRM fonctionnelle (fMRI) et un protocole de TMS associative pairée cortico-corticale (TMS-PAScc) sur le cortex moteur primaire (M1) et sur le lobule pariétal inférieur (LPI) dans l’hémisphère gauche. La TMS module-t-elle le couplage neurovasculaire et permet-elle de renforcer une connexion fonctionnelle qui soit détectable à la fMRI à l’état de repos (RS-fMRI)? 10 sujets droitiers et en santé font une session de TMS-PAScc LPI-M1 de courte durée (180 paires d’impulsions, fréquence de stimulation à 0.02 Hz). Les mêmes sujets font 2 sessions de la RS-fMRI, avant et après le protocole PAScc. Les résultats montrent que la corrélation du signal BOLD entre les régions LPI-M1 avant et après la PAScc ne change pas de façon significative (avant-PAS=0.10±0.07 et après-PAS=0.09±0.07, p=0.64), tout comme l’amplitude des potentiels évoqués moteurs (PEM) des impulsions pairées LPI-M1 ne change pas de façon significative du début de la PAScc à 25 minutes après la PAScc (PASdébut=0.71±0.46mV, PASpost25min=0.72±0.89mV, p=0.338). Toutefois, les PEM des impulsions pairées LPI-M1 sont réduites par rapport aux PEM des impulsions simples M1, avant la PAScc et après la PAScc (PEM simples_pré et PASdébut, réduction de 0.32mV, p=0.05; PEM simples_post et PASpost25min, réduction de 0.39mV p=0.008), illustrant la présence d’un lien fonctionnel de nature inhibitrice entre LPI et M1. Toutefois, l’amplitude de cette inhibition n’est pas modulée de façon significative par la TMS-PAScc (ratio mesures pairées/mesures simples préPAS=0.9 et ratio postPAS=0.6, p=0.257). Dans l’ensemble, la TMS-PAScc ne montre pas d’effet soutenu sur la connectivité cérébrale telle que mesurée par la RS-fMRI et la TMS et ce, bien que le LPI montre un lien inhibiteur sur M1 de façon aigue. Plusieurs hypothèses peuvent expliquer cette absence d’effet soutenu, notamment, il est possible que l’altération de la connectivité ne soit visible que lorsque le réseau LPI-M1 est activement sollicité, comme durant l’exécution d’une tâche motrice. Il est aussi possible que le nombre de pairages soit insuffisant pour induire des changements mesurables, mais que la connectivité fonctionnelle suite à des sessions répétées de protocole PAScc pourrait modifier le couplage neurovasculaire et la plasticité cérébrale. / Abstract : Noninvasive neuroimagery and neurostimulation methods can be combined to further the understanding of the human brain connections. For the first time, resting state functional MRI (RS-fMRI) and paired associative cortico-cortical TMS (TMS-PAScc) of the motor cortex (M1) and the cortex of the inferior parietal lobule (LPI) of the left hemisphere are combined in a serial manner. Is TMS able to modify the neurovascular coupling as to facilitate LPI-M1 functional connectivity and change the fMRI BOLD signal? 10 right-handed and healthy subjects did a LPI-M1 TMS-PAScc session of short duration (180 paired pulses at 0.02 Hz, 15 min total). The same subjects underwent 2 fMRI sessions, before and after TMS-PAScc LPI-M1. Results show that the BOLD signal correlation between LPI-M1 does not change significantly before and after PAS (prePAS=0.10±0.07 et postPAS=0.09±0.07, p=0.64). TMS measures of motor evoked potentials (PEM) were taken before and after PAS LPI-M1. The paired pulse PEM measures did not change significantly from the start of PAScc to 25 minutes postPAS (PASstart=0.71 ± 0.46 mV, PASpost25min=0.72±0.89 mV, p=0.338). Paired PEM measures are statistically reduced from PAS PEM single measures, before and afterPAS (sPEM_pre et PASstart, significant 0.32mV reduction, p=0.05; PEMs_post et PASpost25min, 0.39mV reduction, p=0.008). PAScc did not show any significant neuroplasticity effect after 20 minutes because paired pulses did not change before and after PAScc. The PEM reduction of paired pulses is most likely related to the inhibiting effect of the conditioning stimulus of LPI on the test stimulus of M1 at 8ms. This inhibition is an effect limited to the measure itself and does not increase significantly with time (pairedpulse/singlepulsemeasures prePASratio=0.9 and postPASratio=0.6, p=0.257). TMSPAScc did not show a sustained effect on cerebral connectivity as measured by RS-fMRI although stimulation of LPI showed an acute inhibiting effect on M1 during paired measures. LPI-M1 TMS-PAScc did not show sustained connectivity and it could be because no task was involved in our study to actively solicit both cerebral regions during PAS. It is also possible that the number of paired stimulation was not enough to bring a change of connectivity and that PAS needs to be repeated on different days to eventually have a sustainable effect.

La connaissance de la forme et de la fonction des faisceaux d'association aide à la modélisation des réseaux cognitifs, sert au développement d'abords neurochirurgicaux et à l'interprétation de la neuro-imagerie. Nous avons employé une approche hybride anatomique et neurophysiologique dont l'objectif principal a été la caractérisation des sous-parties du complexe faisceau longitudinal supérieur / faisceau arqué (FLS/FA) et de leur participation dans les fonctions langagières articulatoire, phonologique et sémantique. Soixante-huit hémisphères cérébraux ont été préparés par une variante de la technique de dissection de fibres connue sous le nom de méthode de Klingler. En parallèle, nous avons étudié les cartographies fonctionnelles électriques de quatorze patients opérés en condition éveillée pour des tumeurs cérébrales dans le carrefour temporo-pariétal de l'hémisphère dominant. En se basant sur nos constatations en laboratoire, sur la neuro-imagerie et sur la littérature disponible, nous avons procédé à la mise en corrélation des manifestations cliniques provoquées par la stimulation électrique et la topographie des faisceaux d'association. Les préparations anatomiques ont permis d'étudier l'organisation tridimensionnelle de la substance blanche hémisphérique, de réaliser la première description par dissection de fibres du faisceau longitudinal moyen et de caractériser trois composants du FLS/FA : le majeur, le ventral et l'arqué. L'existence d'un composant dorsal le long du bord supérieur de l'hémisphère, hypothèse basée sur l'anatomie du primate non humain et sur la neuro-imagerie, n'a pas été confirmée. L'anatomie fonctionnelle du lobule pariétal inférieur a été revisitée ainsi que celle des voies de substance blanche à l'intérieur. La variabilité interindividuelle dans la distribution des aires fonctionnelles a été évidente, surtout pour le langage. Ces aires ont servi à délimiter la résection tumorale, à savoir : le cortex sensitif primaire, en avant ; l'aire de Wernicke, en inféro-latéral ; et les voies de substance blanche du FLS/FA en profondeur. A ce niveau, l'observation des manifestations cliniques induites par la perturbation électrique ont permis de conclure que le composant ventral operculaire du FLS/FA joue un rôle dans la fonction articulatoire et que le composant arqué, plus profond, est impliqué dans la fonction phonologique. L'exploration fonctionnelle n'a pas fourni d'argument en faveur d'une participation de ce complexe associatif dans le traitement sémantique, une hypothèse de la littérature basée sur la neuro-imagerie uniquement. Ces constatations peuvent avoir des implications importantes, tant dans la pratique clinique que dans la recherche fondamentale, notamment en ce qui concerne la modélisation des bases neurales du langage. / The knowledge of the form and function of fiber pathways supports the modeling of cognitive networks, the development of neurosurgical approaches and the interpretation of neuroimaging. We used a hybrid anatomical and neurophysiological methodology whose main objective was to characterize the subunits of the complex comprised of the Superior Longitudinal and the Arcuate Fasciculus (SLF/AF) as well as their participation in the articulatory, phonological and semantic language functions. Sixty-eight cerebral hemispheres were prepared using a variant of the fiber dissection technique known as the Klingler's method. In parallel, we studied the electrical functional maps of fourteen patients operated on using a sleep-awake-sleep technique for brain tumors of the temporo-parietal junction in the dominant hemisphere. Based on our laboratory and neuroimaging findings, as well as on the available literature, we conducted a correlation of clinical manifestations caused by the electrical stimulation and the topography of the association bundles. The anatomical preparations allowed us to detail the three-dimensional organization of hemispheric white matter, to perform the first description of the Middle Longitudinal Fasciculus using fiber dissection, and to characterize three of the four components of the SLF: the major, the ventral and the arcuate. The existence of a dorsal component along the superior edge of the hemisphere was not confirmed by our findings, a hypothesis in the literature that was based on the anatomy of the nonhuman primate and on previous studies on neuroimaging. The functional anatomy of the inferior parietal lobule was revisited as well as the pathways of white matter in its depth. The inter-individual variability in the distribution of eloquent areas was evident, especially for language. These areas were used to delineate the tumor resection, namely: the primary sensory cortex, anteriorly; the Wernicke's area, inferiorly and laterally, and the white matter pathways from the SLF/AF in the white matter. At this level, the observation of the clinical manifestations in connection with the electrical disturbance caused by the cerebral stimulation allowed us to conclude that the ventral opercular component of the SLF has a role in the articulatory function and the deeper arcuate component is involved in the phonological function. The functional mapping does not provide any argument for a participation of this association complex in the treatment of semantics, an assumption in the literature that was based only on neuroimaging. These findings may have important implications, both in clinical practice and in fundamental research, including for modeling the neural basis of language.

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